渦巻銀河が持つ渦状の構造のことで、渦状腕ともいう。渦巻腕の形状（腕の顕著さ、本数、巻き込み具合など）は極めて多様であり、渦巻銀河の詳細な形態分類の際に参考にされている。渦巻腕にはHⅡ領域や暗黒星雲が存在しており、渦巻銀河の主要な星生成の場となっている。渦巻銀河は差動回転しているため、もし渦巻腕の寿命が十分長い場合は、時間とともにきつく巻き込まれてしまうはずだが、現実はそうなっていない。これを巻き込みの困難といい、1950年代に論争の的となった。この問題を解決するために、渦巻腕は銀河円盤の上に発生した一種の波動パターンであり、物質の運動とは異なっているとする理論が、1960年代半ばにリン（ C. C. Lin）とシュー（Frank H. Shu）によって提案された。これを密度波理論という。密度波理論は細かい渦巻状の波の存続を説明するが、大模様の渦巻構造の成因は差動回転する円盤状銀河の振動パターン（重力不安定モード）として理論的に説明される。渦巻構造は理論的に安定であり得ないことが示されている。
これらの理論は振幅が小さい場合の理論だが、数値シミュレーションでは有限振幅の渦巻腕構造はつねに（ほどけ型ではなく）巻き込み型で現れる。渦巻構造に伴う重力場を流れるガスは銀河衝撃波を起こし、星生成が促され若い星や電離水素領域が渦状に並ぶのが渦巻腕として観測されると考えられている。このように、銀河の渦巻構造は、低気圧中心に向かってガスが渦状に流れ込む、物質が流れを構成する台風の渦巻構造とは成因が異なる。