आधुनिक प्रेक्षणों और ब्रह्माण्ड के प्रारंभिक विकास के अत्याधुनिक कॉस्मोलॉजिकल मॉडल के अनुसार ब्रह्माण्ड की अनुमानित आयु लगभग 13 अरब 80 करोड़ वर्ष है |ब्रह्माण्ड विज्ञान एक शोध क्षेत्र है जो ब्रह्मांड के संरचना और विकास का अध्ययन करता है|

सबसे बड़े पैमाने (लगभग 30 करोड़ प्रकाश वर्षसे अधिक ) पर , ब्रह्मांड में पदार्थ समान रूप से वितरित प्रतीत होता है| इस लगभग समान घनत्व और संरचना के कारण, ब्रह्मांड किसी भी स्थान पर समान दिखता है (अर्थात समरूप ) और हर दिशा में समान दिखता है (अर्थात समदैशिक) |

प्रकाश की सीमित गति के कारण, हम कभी भी वस्तुओं का वह स्वरुप नहीं देखते जैसा कि वे अब हैं, बल्कि हमेशा वह स्वरुप देखते हैं जैसा कि वे अतीत में थे| हम केवल उस सूरज को देख सकते हैं जो वह लगभग आठ मिनट पहले था, क्योंकि सूर्य से प्रकाश को हम तक पहुंचने में लगभग आठ मिनट लगते हैं| हम जिस एंड्रोमेडा गैलेक्सी को देखते हैं वह लगभग 25 लाख साल पहले का है , क्योंकि उस गैलेक्सी के प्रकाश को पृथ्वी पर पहुंचने के लिए इतना समय लग जाता है| इस तरह, खगोलविद हमेशा अतीत का अवलोकन करते हैं, यहां तक ​​कि 13 अरब 80 करोड़ साल पहले तक |इस प्रकार विभिन्न दूरियों पर खगोलीय पिण्डों का अवलोकन हमें ब्रह्मांडीय इतिहास का एक विशेष अंश प्रदान करता है| चूंकि औसतन, ब्रह्मांड में हर जगह समान गुण होते हैं, यह विशेष अंश हमारे अपने इतिहास के रूप में मूल्यवान संकेत प्रदान करता है|

चूंकि प्रकाश एक सीमित गति से अंतरिक्ष में यात्रा करता है, इसलिए ब्रह्मांड के ऐसे सुदूर क्षेत्र हैं जिन्हें हम अभी तक नहीं देख पाए हैं| इसका कारण यह है कि उन क्षेत्रों से निकला प्रकाश अभी हमारे संसूचकों तक नहीं पहुंच सका है | हम केवल उन पिण्डों को देख सकते हैं जो एक निश्चित खण्ड के अंदर स्थित हैं, जिसे "अवलोकन करने योग्य ब्रह्मांड" कहा जाता है, इसमें उन सभी पिण्डों को शामिल किया जाता हैं, जिनसे निकला प्रकाश हम तक पहुंच चुका है | इसमें विशेष रुचि उस क्षेत्र की सीमा के निकट सुदूर के पिण्डों में हैं | वे हमें उस रूप में दिखाई देते हैं जो वे थे जब ब्रह्मांड अभी शुरू हुआ था|

तारे, जिस हवा में हम सांस लेते हैं, हमारे शरीर और हमारे आसपास जो कुछ भी हम देखते हैं, उनमें परमाणु होते हैं, जो स्वयं प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं| यह तथाकथित बैरयोनिक पदार्थ ही वह है जिसके माध्यम से हम आम जीवन में संपर्क साधते हैं | अवलोकन संबंधी साक्ष्य बताते हैं कि यह ब्रह्मांड की कुल संरचना का केवल 5% का प्रतिनिधित्व करता है| वास्तव में, ब्रह्मांड मुख्य रूप से ऊर्जा के एक अज्ञात स्वरुप जिसे अदृश्य ऊर्जा (लगभग 68%) , और अदृश्य पदार्थ (लगभग 27%) नामक पदार्थ के एक असामान्य रूप से बना होता है | इस तथाकथित अदृश्य ऊर्जा और अदृश्य पदार्थ की प्रकृति अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है, विशेष रूप से बैरयोनिक पदार्थ पर उनके प्रभाव के अवलोकन के माध्यम से|

अवलोकन संबंधी साक्ष्य से पता चलता है कि ब्रह्मांड एक त्वरित दर से फ़ैल रहा है, जिसके लिए अदृश्य ऊर्जा को जिम्मेदार ठहराया जाता है| जैसे -जैसे ब्रह्मांड बड़े पैमाने पर एक व्यवस्थित तरीके से फैलता है,गैलेक्सियों के समूह एक दूसरे से दूर होते जाते हैं| आधुनिक मॉडलों में, गैलेक्सी समूहों के बीच की दूरी एक ही सार्वभौमिक पैमाने के कारक के अनुपात में बढ़ती हैं| अवलोकन संबंधी डेटा से पता चलता है कि कोई गैलेक्सी हमसे जितनी अधिक दूर है, उतनी ही तेजी से वह हमसे दूर होती जाती है (हबल-लेमात्रे नियम )| अन्य गैलेक्सियों के काल्पनिक पर्यवेक्षकों को भी ऐसा ही लगेगा | परिसीमित निकाय, जैसे गैलेक्सियों के समूह, और अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण से बंधे गैलेक्सियों के झुण्ड , या स्वयं गैलेक्सियाँ , इस ब्रह्मांडीय विस्तार से प्रभावित नहीं होती हैं। गैलेक्सी समूहों और झुंडों के भीतर, व्यक्तिगत गैलेक्सियाँ एक -दूसरे की परिक्रमा कर सकती हैं, या वे एक दूसरे के साथ टकराव के पथ पर हो सकती हैं | बाद वाली बात अपनी आकाश गंगा और एंड्रोमेडा गैलेक्सी के लिए सच है |

ब्रह्मांडीय विस्तार ब्रह्मांड में प्रकाश के गुणों को प्रभावित करता है| सुदूर गैलेक्सियों से हम तक पहुँचने वाला प्रकाश अधिक दूरियों के साथ और अधिक अभिरक्त विस्थापित होता जाता है | इस ब्रह्माण्ड संबंधी अभिरक्त विस्थापन के कारक को सीधे ब्रह्मांडीय पैमाने प्रकाश की तरंग दैर्ध्य में वृद्धि (लंबी तरंग दैर्ध्य के रूप में विस्तार) के संदर्भ में समझा जा सकता है।| यही कारण है कि दूर की गैलेक्सियों को केवल अवरक्त या रेडियो बैंड में देखा जा सकता है, और क्यों ज्यादातर कॉस्मिक माइक्रोवेव विकिरण हमारे पास माइक्रोवेव में पहुंचता है|

यह देखने के लिए कई प्रयोग किए गए हैं कि क्या भौतिकी के नियम, जैसे कि गुरुत्वाकर्षण, ऊष्मागतिकी और विद्युत् चुंबकत्व को नियंत्रित करने वाले नियम, पृथ्वी पर और सुदूर ब्रह्मांड में एक समान हैं| अब तक, ऐसे सभी परीक्षणों से संकेत मिलता है कि भौतिकी के मूलभूत नियम पूरे ब्रह्मांड में लागू होते हैं|

ब्रह्मांड के बड़े अभिरक्त विस्थापन सर्वेक्षणों से पता चला है कि कुछ करोड़ प्रकाश वर्ष आकर के बड़े पैमाने पर, ब्रह्मांड एक तीन-आयामी, स्पंज-जैसे तन्तुओं के जाल और रिक्त स्थान जैसा दिखता है, जिसे खगोलविद "ब्रह्मांडीय जाल" ( कॉस्मिक वेब) कहते हैं| तन्तुओं और चादर में लाखों गैलेक्सियाँ होती हैं| ये बड़े पैमाने की संरचनाएं सैकड़ों लाखों प्रकाश-वर्ष तक फैली हुई होती हैं और आमतौर पर दसियों लाख प्रकाश-वर्ष मोटी होती हैं| तन्तु और चादर रिक्त स्थान के चारों ओर सीमाएँ बनाते हैं, जो व्यास में दस करोड़ प्रकाश वर्ष के दर्जे के होते हैं, और इनमें बहुत कम गैलेक्सियाँ होती हैं|

ब्रह्मांड में सबसे दूर के क्षेत्रों से निकलने वाला प्राचीनतम विद्युत् चुम्बकीय विकिरण जिसे हम देख सकते हैं, ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण है| यह गर्म और घने शुरुआती ब्रह्मांड से मुक्त हुआ अवशेष है, जो उस समय की जानकारी के साथ उपलब्ध है जब ब्रह्मांड लगभग 380,000 साल पुराना था | ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि हमें एक पूरे के रूप में ब्रह्मांड की प्रमुख विशेषताओं जैसे अदृश्य पदार्थ की मात्रा, बैरयोनिक पदार्थ और अदृश्य ऊर्जा, ब्रह्मांड की ज्यामिति और इसकी वर्तमान विस्तार की दर को मापने की अनुमति देती है | ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से पता चलता है कि ब्रह्मांड लगभग समदिश है और इस प्रकार यह समरूपता के लिए भी अप्रत्यक्ष साक्ष्य प्रदान करता है|

अब तक के उपलब्ध सर्वोत्तम साक्ष्यों के अनुसार, हमारे आस-पास दिखने वाला सारा द्रव्यमान और ऊर्जा 13 अरब वर्ष पहले एक परमाणु से भी छोटे आयतन में समाहित थे| ब्रह्मांड ने इस अत्यधिक उच्च घनत्व और तापमान वाले चरण (बिग बैंग चरण) से अपनी वर्तमान स्थिति तक विस्तार किया| विस्तृत होते ब्रह्मांड का वर्णन करने वाले मॉडलों को लैम्ब्डा सी डी एम कहा जाता है (जहां लैम्ब्डा ब्रह्मांड के अदृश्य ऊर्जा घटक के लिए है, और सीडीएम ठंडे अदृश्य पदार्थ के लिए है)| बिग बैंग चरण, अपने नाम के बावजूद, एक विस्फोट नहीं था, जहां पदार्थ पहले से मौजूदा खाली जगह में फ़ैल गया | सभी उपलब्ध स्थान शुरू से ही पदार्थ से भरे थे और जैसे -जैसे अंतरिक्ष फैलता गया, औसत पदार्थ घनत्व तब से कम होता गया है| जब से गैलेक्सियों का निर्माण हुआ है , उनके बीच औसत दूरी लगातार बढ़ रही है| बिग बैंग मॉडल हमारे वर्तमान ब्रह्मांड के बारे में कई परीक्षणयोग्य भविष्यवाणियां करता है, जिनमें से अधिकांश की पुष्टि डेटा का उपयोग करके हो गई है|