光并不总是以直线方式传播。正如爱因斯坦在他的广义相对论中预测的那样，大质量天体会使空间结构本身发生变形。当光经过这些大质量天体中的一个，如星系团，它的路径会发生轻微的改变。这种效应被称为引力透镜，只在极少数情况下可见，只有最好的望远镜才能观察到相关现象。

哈勃望远镜的灵敏度和高分辨率使它能够看到微弱和遥远的引力透镜，而地面望远镜在拍摄图像时受地球大气层影响，因此无法探测到。引力透镜导致原始星系的多个图像，每个图像都有一个典型的扭曲的香蕉状形状，甚至变成环状。

哈勃是第一台能够解析这些多个香蕉状弧线内细节的望远镜。由于其敏锐的视觉，它可以直接揭示出光束背景星系的形状和内部结构。通过这种方式，人们可以很容易地用眼睛来匹配来自同一背景天体的不同弧线--无论是星系，甚至是超新星。

引力透镜可以用来“衡量”星团，因为透镜的数量取决于星团的总质量。这大大改善了我们对星系团中“隐藏的”暗物质分布的理解，从而也改善了对整个宇宙的理解。引力透镜的作用也使我们向揭示暗能量的奥秘迈出了第一步。

由于引力透镜具有类似放大镜的功能，因此可以用它来研究早期宇宙中的遥远星系，否则，由于它们离地球的距离太远，不可能看到。

关于宇宙的组成的文章有更多关于哈勃在暗物质方面工作的细节：

“当我们在1995年第一次用哈勃观测 Abell 2218 星系团时，我们主要是为了研究这个星系团和它的星系。但是我们得到了一个惊喜。图像显示了几十个引力透镜弧。当我们把这些超清晰的图像展示给我们的同事时，他们马上就能看到使用引力透镜作为宇宙学工具的重要性。”

- 剑桥大学和加州理工学院天文学家Richard Ellis