1つの天体の各部が示す速度の散らばりの度合いを示す量。内部運動の激しさを示す指標となる。分散とはいうものの、各部の速度から全体の平均値を引いた値の標準偏差で表す。通例、部分ごとの質量あるいは明るさで重みを付ける。また、天文学では直接観測できる速度が視線速度に限られることが多いため、視線速度のみを対象とする場合がほとんどである。観測の角分解能に比べて該当天体が小さく、その空間的な広がりを画像としてとらえられない場合には、そのスペクトルの線幅から速度分散を得ることができる。速度分散からは力学質量を得ることができ、他の方法で得た質量と比較することで該当する天体が重力的に束縛されているかを判断することが多い。