La SIM realizará medidas definitivas de la estructura fundamental y los parámetros dinámicos de la Vía Láctea. El notable vacío en el espacio de los parámetros dinámicos proporcionado por el SIM puede ser explotado para resolver, con una precisión sin precedentes, varios de los problemas clásicos de la astronomía galáctica.

Seleccionando las 'partículas de prueba' adecuadas – tales como las estrellas de la cuadrícula astrométrica del SIM, y muestras de los principales componentes de la galaxia (bulbo central, disco, halo, sistema satélite) – SIM llevará a cabo de forma definitiva la caracterización de la distribución de la masa dentro de la Vía Láctea.

Las estrellas con pocos metales en el halo la galaxia Vía Láctea, estaban entre los primeros objetos que se formaron en nuestra galaxia. Estas estrellas de la Población II (Population II) son los más antiguos objetos en el universo cuyas edades pueden ser determinadas con precisión. La determinación de la edad de esas estrellas nos permite poner un firme límite inferior a la edad del universo y sondear la historia de la temprana formación de la Vía Láctea. La edad del universo, determinada a partir de los estudios de las estrellas de la Población II puede ser comparada con la edad de expansión del universo y usada para ajustar los modelos cosmológicos. La incertidumbre más grande en las estimaciones de la edad de las estrellas del halo de la Vía Láctea es debida a la incertidumbre en la escala de la distancia a los objetos de la Población II (cúmulos globulares y estrellas de campo en el halo) resultando en una significativa mejora en la escala de la distancia de la Población II y reduciendo en gran medida la incertidumbre en la edad estimada de las estrellas más antiguas en nuestra galaxia. Éstas observaciones del SIM y la determinación resultante de la edad del universo proporcionará una importante e independiente comprobación del modelo cosmológico preferido.

Más o menos una docena de cúmulos globulares y abiertos de estrellas serán observados por el SIM para lograr determinar en forma precisa sus proporciones químicas, edades, y cantidad de enrojecimiento del primer plano interestelar. Las medidas necesitadas son paralajes de precisión y movimientos propios. Los resultados de estos ricos cúmulos, aclaran su conducta en diferentes estadios evolutivos con la edad de la estrella y la abundancia de metal cuando se aplican a las estrellas raras en la punta de la rama de las gigantes rojas, la rama horizontal, y la rama de las gigantes asintóticas. Además, los resultados derivados de estas medidas permiten la calibración de los isócronos evolutivos estelares, aplicables a otros cúmulos y modelos de luz integrada.

A su vez, estas calibraciones pueden ser usadas para estimar mucho mejor la edad y cantidad de metal de las galaxias de la con gran desplazamiento al rojo, y así para un mejor entendimiento de la formación de las galaxias. Estas medidas también pueden ser usadas para mejorar la escala de distancia cósmica de varias maneras, y también ajustar mejor la edad del universo.