DESI 力图在一个巨大的空间和充分的回溯时间（基于’红移‘，即遥远天体所发出的光向长波方向的偏移）内描绘宇宙的大尺度结构。通过对跨越全天三分之一天区的约三千万个预选星系的观测，科学家们将使用DESI红移测量数据构建三维的宇宙图像。
DESI巡天基于四种类型的星系，按离我们的距离由近到远排序如下：
- DESI将使用亮星系绘制详细的宇宙图像，延伸至红移0.4，包括暗至20等的星系。这些天体具有足够的亮度可以在近满月时被观测。尽管它们是最容易观测的目标，但它们对于探寻宇宙膨胀加速最强的近期宇宙具有极高的价值。
- DESI还将观测亮红星系。它们是最重的星系之一，由大量年老恒星组成。它们可以在很远的距离下被观测到，并且因具有偏红的颜色而容易从测光数据中被挑选出来。通过这类星系，巡天可以达到红移1。
- DESI项目中最大的样本将来自于发射线星系。它们更暗也更遥远，但它们有着活跃的恒星形成。炽热的年轻恒星会在不同波长处产生强发射线，使得DESI通过它们能够观测到红移1.6的宇宙。
- 更进一步，DESI还将观测类星体。它们是一类星系，其中心的大质量黑洞正在吸积大量气体，而这些气体可以达到相对论速度从而发光。类星体所达到的光度远超星系中的恒星们，使我们可以探测到红移3.5甚至更远。
类星体还有一个重要的附加应用。当光子穿过介于类星体和我们之间的星系际气体时，类星体光谱会产生变化。星系际气体中的中性氢会在紫外波段的一个关键波长处（静止波长121.6纳米）产生吸收，而这一吸收会因为气体的高红移而移动到可见光波长范围。这便产生了所谓的莱曼alpha森林（Lyman-alpha forest）。它意味着每一条类星体光谱不止揭示了类星体本身的位置，还可以描绘出沿视线方向上的星系际中性氢。
最后，DESI还会观测银河系中的恒星们，加深我们对银河系化学丰度和引力动力学的理解，尤其是能帮助我们研究暗物质在其中的作用。
