根據現代觀測和最新的宇宙早期演化模型，宇宙的年齡約為138億年。宇宙學是研究宇宙的演化和其結構的研究領域。

在最大尺度上（大約大於3億光年），宇宙中的物質似乎是均勻分佈的。由於其密度和結構幾乎均勻，在任何位置（均勻）和每個方向（各向同性），宇宙的外觀都幾乎相同。

由於光速有限，我們從不能看到物體現在的樣子，而是只能看到物體過去的樣子。我們只能看到大約八分鐘前的太陽，因為來自太陽的光大約需要八分鐘才能到達地球。我們看到的仙女座星系大約來自250萬年前，因為它的光需要很長時間才能到達地球。就像這樣，天文學家一直在觀察過去，甚至可以追溯到138億年前。也正因如此，觀察各種距離的天體為我們提供了一個宇宙歷史的橫截面。而平均而言，宇宙在所有地方都具有相同的屬性，因此該橫截面提供了有關我們自己歷史的寶貴線索。

由於光在太空中以有限的速度傳播，我們尚無法觀測到宇宙的遙遠區域。原因很簡單，這些區域的光還沒有足夠的時間到達地球上的探測器。我們只能看到位於“可觀測宇宙”內的物體，這個區域囊括了所有發出的光有足夠時間到達我們的物體。十分有趣的是該區域邊界附近的那些非常遠的物體。我們現在看到的還是它們在宇宙誕生時的樣子

恆星、我們呼吸的空氣、我們的身體以及我們周圍看到的一切均由原子組成，而原子本身由質子，中子和電子組成。這些我們日常生活中接觸到的東西被稱為重子物質。觀測證據表明，它們僅佔宇宙總成分的5％。實際上，宇宙主要由未知的能量（稱為“暗能量”，約68％）和不尋常的物質（稱為“暗物質”，約27％）組成。科學家在積極研究這些所謂的“暗能量”和“暗物質”的性質，特別是觀察它們與重子物質間的相互作用。

觀測證據表明，由於暗能量的作用，宇宙正在加速膨脹。隨著宇宙在大尺度上以相同的方式擴張，星系團們在彼此遠離。在現代模型中，星系團之間距離的增長都與通用比例因子成一定比例。觀測數據表明，一個星系離我們越遠，它遠離我們的速度就越快（哈勃-勒梅特定律）。在其他星系中的外星人（假如存在）看來，也是相同的結果。束縛系統（例如星系團、受自身引力約束的星系群、或星系本身）不受宇宙膨脹的影響。在星系團和星系群中，單個星係可以相互繞轉，也可以彼此碰撞。銀河系和仙女星系便是一個碰撞的例子。

宇宙膨脹影響著宇宙中光的性質。星系距離我們越遠，我們接受到的光紅移便越強。這種宇宙學紅移可以直接理解為隨著宇宙標度因子的增加，光的波長也會增加，就像被拉長了一樣。這就是為什麼我們只能在紅外或無線電波段中觀察到遙遠的星系，以及只能在微波範圍內探測到宇宙微波輻射。

人們已經進行了許多測試來檢驗物理定律（例如，重力、熱力學和電磁學的定律）在地球和遙遠的宇宙中是否相同。到目前為止，所有這些測試都表明物理學的基本定律適用於整個宇宙。

對宇宙的大規模紅移巡天顯示，在大約幾億光年的大尺度上，宇宙類似於一個三維的由纖維和巨洞構成的海綿網，，因此被天文學家稱為“宇宙網”。宇宙網的絲狀和片狀結構中包含著數百萬個星系。這些大型結構的寬度超過數億光年，通常厚達數千萬光年。絲狀和片狀結構在巨洞周圍形成邊界，直徑約為一億光年，僅包含非常少量的星系。

我們可以觀察到的最古老的電磁輻射是從宇宙中最遠的區域發出的，那就是宇宙微波背景輻射。它是熾熱而稠密的早期宇宙遺留下來的痕跡，包含著宇宙僅有大約380,000歲時的信息。宇宙微波背景使我們能夠測量整個宇宙的主要特徵：暗物質、重子物質和暗能量的含量，宇宙的幾何形狀及其當前的膨脹率。宇宙微波背景表明宇宙幾乎是各向同性的，因此也為其均勻性提供了間接證據。

根據迄今為止最好的證據，我們周圍看到的所有物質和能量在130億年前都聚集在一個比原子還小的空間裡。宇宙從這種密度、溫度極高的階段（大爆炸階段）擴展到現在的狀態。LambdaCDM是用於描述正在擴展的宇宙的模型，其中Lambda代表宇宙的暗能量部分，而CDM代表冷暗物質。宇宙大爆炸並不是像一個真正的爆炸一樣將物質扔到之前就存在的空白空間。而是從一開始，所有的可用空間便都充滿了物質，隨著空間的擴大，平均物質密度一直在下降。自從星系們形成以來，它們之間的平均距離一直在增加。“大爆炸”模型對我們當前的宇宙做出了許多可檢驗的預測，其中大部分已通過觀測數據得到證實。