O disco está embebido em um halo esférico formado pelos aglomerados globulares e provavelmente grande quantidade de matéria não luminosa. Observações desses aglomerados indicam que o halo está centrado no núcleo da Galáxia, e se estende por no mínimo 100 000 pc, bem além dos limites do disco galáctico. O bojo, que contém o núcleo, é uma região esférica de 2 000 pc de raio, envolvendo o núcleo.
Da posição do Sol, onde estamos, a Galáxia é vista de perfil, daí a forma de faixa. A observação de estrelas nas proximidades do Sol mostra que elas se movem em relação ao Sol (apresentam deslocamento Doppler nos seus espectros). Isso evidencia que o disco da Galáxia não gira como um corpo rígido, mas sim tem uma rotação diferencial que lembra a dos planetas: estrelas mais próximas da centro galáctico se movem mais rápido do que as mais distantes.
O disco da galáxia contém, além das estrelas, a matéria interestelar, formada por gás e poeira, que constituem o material do qual as estrelas se formam. O gás interestelar é constituído na maior parte por hidrogênio neutro, que é não luminoso. Perto de estrelas muito quentes e massivas, o hidrogênio é ionizado pela radiação ultravioleta provinda das estrelas, e brilha por fluorescência. Se existe suficiente hidrogênio ao redor destas estrelas, ele será visível como uma nebulosa gasosa de emissão, brilhante, chamada Região HII. Um exemplo desse tipo de nebulosa é a Nebulosa de Órion.
O hidrogênio neutro (HI) emite uma linha espectral no comprimento de onda de 21 cm, que é usada para mapear a distribuição desse gás e que teve um papel chave na determinação da estrutura espiral da Galáxia. Especificamente, os spins (sentido de rotação) do elétron e do próton, no hidrogênio neutro em seu estado fundamental, podem ser paralelos (mesmo sentido de rotação) ou opostos. A diferença de energia entre estes dois níveis corresponde a uma frequência (E=hν) de 1420,4 MHz. Portanto, a transição entre estes dois níveis de estrutura hiperfina dá origem a uma linha de comprimento de onda (λ=21,049 cm). A existência desta linha foi predita teóricamente pelo dinamarquês Hendrick Christoffel van de Hulst (1918-2000) em 1944, e observada pelos americanos Harold Irving (Doc) Ewen (1922-2015) e Edward Mills Purcell (1912-1997) em 1951. Por causa da alta abundância de hidrogênio, ela é observada em todas as direções do céu.
van de Hulst
Purcell
