La formation et l’évolution des galaxies dépendent essentiellement de leur dynamique, de leur gravité et de l’hydrodynamique du gaz. Ces phénomènes contrôlent la formation d’étoiles, et tous les processus associés, y compris les rétroactions dues à l’énergie des supernovae. Chaque galaxie croît en symbiose avec son trou noir supermassif, tapi en son centre, qui devient actif par accrétion de gaz de façon cyclique, avec des périodes typiques de 40 millions d’années.
Les premières galaxies à se former sont très riches en gaz. Par dissipation, elles forment très vite un disque en rotation. Puis progressivement, les petites galaxies interagissent et fusionnent pour former des galaxies plus grosses. Le gaz est consommé pour former des étoiles, et la fusion de systèmes stellaires n’est plus dissipatif. Les disques sont alors détruits, et le moment angulaire s’annule et se dilue, pour former des systèmes sphéroïdaux, avec peu ou pas de rotation.
Les galaxies à disque possédant du gaz sont la plupart du temps spirales. Les ondes spirales ou barrées sont nécessaires pour avoir des forces tangentielles et des couples, qui peuvent échanger le moment angulaire, et permettre à la galaxie d’accréter de la matière, de se concentrer et de former ses étoiles. Les barres et les spirales sont le véritable moteur de l’évolution.
Les grands surveys de galaxies, et notamment le Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ont révélé une bimodalité caractéristique des galaxies : dans un diagramme couleur-magnitude, les galaxies se distribuent en une séquence rouge de galaxies plus massives en fin d’évolution, et en un nuage bleu de galaxies qui forment encore des étoiles et qui sont moins massives. Les processus qui peuvent expliquer l’arrêt brutal de la formation d’étoiles dans les galaxies rouges sont encore mal connus. La fraction de ces galaxies rouges croît avec la masse et l’environnement. Il pourrait s’agir de phénomène de balayage de gaz dû à la pression dynamique, les interactions de marée, ou alors la stabilisation du gaz à cause de la croissance des bulbes. Les phénomènes de rétroaction, soit des noyaux actifs, soit des supernovae, apparaissent réversibles.