哈勃在1925年確認旋渦星雲是河外星雲亦即河外星係之後，他對這種星雲普遍存在譜線紅移問題也發生了興趣，他不僅也參與測量它們的譜線紅移和退行速度，而且采用“造父變星測距法”以及其他方法，努力測量它們的距離。1929年，他在《美國國家科學院會議文集》上發表了“河外星雲距離與視向速度的關係”的重要論文，文中分析了46個已求得其退行速度的河外星雲，其中已定出其距離的為24個，對於另外22個河外星雲，他采用將其中幾個組合成一群的方法，求出其平均退行速度，並根據其平均視星等求出其平均距離。通過分析這些資料，他指出河外星雲的退行速度V和它的距離D之間存在著正比關係，即V＝HD此式被稱為哈勃定律，式中的比例常數H被稱為哈勃常數。在該論文中，他還給出了河外星雲退行速度與其距離之間存在線性關係的一幅圖。
由於所涉及的河外星雲，其距離最遠的僅600多萬光年，其退行速度則不足1000千米／秒，所以哈勃在1929年發表的重要論文的結尾中這樣說：“目前的討論所得的線性關係乃是有限距離範圍內的某種初級近似”，也就是說他當時還不能確定，對於距離更遠、退行速度更大的河外星雲而言，哈勃定律是否依然成立。因此，哈勃定律發表後，哈勃立即與另一位美國天文學家哈馬遜合作，利用威爾遜山天文台當時世界上最大的口徑2．54米的胡克望遠鏡觀測距離更遠、退行速度更大的河外星雲。1930年，哈馬遜測出了退行速度高達20000千米／秒的某河外星雲的距離。翌年，哈勃和他在《天體物理學報》上發表了長篇論文“河外星雲的速度－距離關係”，指出對退行速度高達20000千米／秒的河外星雲而言，哈勃定律依然適用。1936年，他們兩人觀測了退行速度高達40000千米／秒的大熊座2號星係團（遙遠的由河外星係構成的集團），測定了該星係團的距離。1948年口徑5．08米的反射望遠鏡在帕洛馬山天文台落成，翌年哈馬遜又用它觀測了退行速度高達60000千米／秒的長蛇座星係團。這些觀測都表明，對如此之大的退行速度的星係團而言，哈勃定律依然成立。1953年，哈勃在《英國皇家天文學會月刊》上發表了論文“紅移定律”，總結了以往的工作，自信地表示，河外星雲退行速度與其距離成正比的哈勃定律是得到了充分檢驗的客觀規律。
哈勃定律的發現，有力地推動了現代宇宙學的發展。現代宇宙學應用廣義相對論這一新引力理論為武器來研究宇宙的結構和演化。廣義相對論剛問世，愛因斯坦便在1917年發表了論文“用廣義相對對宇宙學所作的考查”，這是第一篇應用廣義相對論來考察宇宙的論文，它是現代宇宙學的奠基之作。但該文建立的靜態宇宙模型並不正確。愛因斯坦為獲得此模型，在求解廣義相對論的引力場方程時，不惜在該方程中增加了具有宇宙斥力性質的“宇宙項”，使引力與宇宙斥力剛好達到平衡，從而獲得該方程的靜態解，建立了一個靜態宇宙模型。
1922年，前蘇聯數學家弗裏德曼重新求解了愛因斯坦的引力場方程，發現此方程不僅存在靜態解，而且存在兩類膨脹解和一類振蕩解，從而建立起弗裏德曼宇宙模型。
1927年，比利時天方學家勒梅特也重新求解了愛因斯坦的引力場方程，他找到了一個新解，據此推出了一個隨時間而膨脹的宇宙模型。
1929年哈勃定律的問世，表明愛因斯坦的靜態宇宙模型與事實不符，愛因斯坦後來也承認為尋求靜態解而在廣義相對論的引力場方程中增加具有斥力性質的“宇宙項”是他一生中做的最大的一件蠢事。
哈勃定律不排斥弗裏德曼宇宙模型和勒梅特模型，宇宙確實在膨脹，各部分正在彼此遠離。
由於我們的宇宙是四維時空的宇宙，它的膨脹很難直觀地加以描述，但可以通過下麵的類比來理解。一個上麵有許多斑點的氣球被人吹大時，該氣球上任何兩個斑點間的距離都在增大，不論從哪一個斑點來看，所有其他的斑點都在遠離它而去，且越遠的斑點遠離它的速度越大。宇宙中，越遠的星係以越大的速度退行與這種情況很相似。
1929年哈勃定律剛問世時，哈勃定律V＝HD中的H值被取為500千米／（秒·百萬秒差距）。由於此值中的千米和百萬秒差距均為長度單位，而且1百萬秒差距＝3．086×1019千米，所以H值的倒數1H具有時間的量綱，可以算出1H約等於20億年。有人將1H命名為哈勃時間。在具有初始奇點的膨脹宇宙模型（例如著名的熱大爆炸宇宙模型）中，如假定宇宙始終在以與當今相同的速率膨脹，則1H的含義相當於宇宙從其初始直至當今所經曆的時間，即相當於宇宙年齡。