La relazione di Tully-Fisher fu introdotta nel 1977 da R.Brent Tully e J.Richard Fisher (vedi Astronomy & Astrophysics, Vol.54, pp.661-673). Si tratta di una formula empirica (di cui non esiste ancora nessuna dimostrazione teorica convincente), dedotta analizzando le galassie spirale di cui era nota la distanza. Tully & Fisher si accorsero che esisteva una relazione fra magnitudine assoluta e dispersione della velocita'.

Cosa si intende per dispersione delle velocita'? E' noto che tutte le galassie ruotano. Quando vengono osservate da terra una parte delle stelle e del gas di cui sono composte si allontanano dall'osservatore e una parte si avvicina. La dispersione delle velocita' e' una misura dei valori di velocita' massimi e minimi presenti nella galassia rispetto al proprio centro di massa (e' per questo motivo che compare il seno dell'angolo di inclinazione della galassia rispetto alla visuale). Quindi non si tratta di velocita' di recessione cosmologica.

Il motivo per cui non si usa la velocita' media di rotazione, o Vmin e Vmax, e' che per questi parametri non esiste una relazione empirica che la riconduca alla magnitudine assoluta.

I valori dei parametri che compaiono nella formula si determinano dai dati osservativi, utilizzando galassie di cui e' nota la distanza per mezzo del metodo delle Cefeidi. Usando la relazione di Tully-Fisher si potra' ricavare la distanza di galassie in cui le Cefeidi non sono piu' utilizzabili ed eventualmente stabilire il valore della costante di Hubble (e non viceversa). Cambiando campione di galassie di distanza nota i parametri della relazione possono subire lievi variazioni.

L'analogo della relazione di Tully-Fisher per le galassie ellittiche e' nota come relazione di Faber-Jackson ed ha una forma matematica simile.