A galaxisok nem a legnagyobb szerkezetek a Világegyetemben. Magányosan szinte sohasem fordulnak elő, ehelyett halmazokba tömörülnek. Ezeket a képződményeket galaxishalmazoknak nevezzük. A Tejútrendszer egy 31 galaxisból álló halmaz tagja, amelyet Lokális Csoportnak neveznek. Három nagy spirálgalaxis (Tejútrendszer, Androméda-köd és M33) mellett kisebb elliptikus és szabálytalan galaxisok alkotják. A halmazok tagjainak száma néhánytól a százas nagyságrendig terjed, de a legnagyobb tömegű halmazok több ezer galaxist is számlálhatnak. A halmazok alakja szabálytalan, megjelenésük zilált, bár az igen nagy halmazok már valamiféle szerkezetet mutatnak: magjuk körül nagyobb a galaxiskoncentráció, közepükben pedig gyakran egy jól fejlett elliptikus galaxis helyezkedik el. Több kutatás is bizonyította, hogy a galaxishalmazokban a galaxisok közötti térben hatalmas mennyiségű anyag van, amely az optikai tartományban nem észlelhető. A röntgenműholdak (Chandra, Newton-XMM) felvételein azonban jól láthatók a röntgensugárzó gáz diffúz tömegei. A galaxisok közötti tömeg tartja össze a halmaz tagjait.

A Virgo-galaxishalmaz