（1）宇宙的膨胀
尽管宇宙的不断膨胀自牛顿以来就被意识到了，但直到20世纪20年代才发现了它的答案。美国天文学家埃德温·哈勃发现，各个星系不是在相聚，而是在以很高的速度相离。哈勃注意到，各星系的光在颜色上稍稍有些异常，这说明各个星系在急速倒退，哈勃最初的实验是研究各星系间的距离和它们的红移。根据这些数据，他测量各星系的速度并发现了距离和速度间的线性关系，即哈勃定律。哈勃定律由以下方程式表示：v=Hd。式中，v是星系的后退速度，单位：千米/秒；H是哈勃常数，单位：千米/（秒·百万秒差距）；d是到星系的距离，单位：百万秒差距。当d增大时，v也增大。哈勃定律有着广泛的应用，它是测量遥远星系距离的唯一有效方法。只要测出星系谱线的红移，再换算出退行速度，便可由哈勃定律算出该星系的距离。哈勃定律中的速度和距离不是直接可以观测的量，直接观测的量是红移和视星等。因此，真正来自观测、没有掺进任何假设的是红移与视星等的关系。在此基础上再加上一些假设，才可得到距离与速度的关系。
宇宙膨胀的概念与现代人关于空间、时间、运动本质的思想十分吻合。爱因斯坦的相对论极大地改变了我们对时空及运动的看法。尽管爱因斯坦的空间弯曲及时间弯曲的概念，耗时60年才进入普通大众的想象之中，物理学家们却早就接过他的时空弯曲的概念来解释引力了。引力为一切大规模的宇宙现象提供了动力。在天文学的大尺度中，引力要比其他力如磁力、静电力大得多；形成星系并控制星系间运动的就是引力。要解释宇宙的膨胀，引力就是关键。
按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。物质通过使时间和空间发生弯曲来改变引力，就像保龄球在橡皮垫上滚动一样。爱因斯坦令人信服地说明，引力使空间、时间伸长或扭曲（引力透镜），而且这可以通过观察太阳的引力使擦过其表面的星光弯曲这一现象得到直接的验证。从地球上看，太阳背后的天空有很小的但是明显的弯曲。时间的弯曲也可以得到证明，最直接的证明就是让钟表在空间飞行，时间在没有引力的环境中要比在地球的表面走得快。
假如太阳能拉长空间，那么星系也能。因为星系是由很多像太阳一样的恒星组成的。因而，天文学家们认为星系不是在空间中离散，而是星系间的空间在伸长。假如星系间的空间在“膨胀”，那么每个星系的活动余地都在逐日增大。这就是说，宇宙在扩展，却不必扩展到某种外部的真空之中。
（2）宇宙的中心
就像太阳系中所有的行星都绕着太阳旋转，银河系中所有的恒星都绕着银河系的中心旋转一样，宇宙中存在一个让所有的星系都绕其旋转的中心点吗？
哈勃的发现被认为是证明了“我们所在的星系是众星系的中心，其他所有的星系都在飞离我们”的观点。看起来应该存在这样的中心，但是实际上它并不存在。因为离我们远的星系退行速度要比近处的星系退行速度大，因而远处和近处的星系彼此间的距离也在扩大，所以事实上每一个星系都在脱离其他的星系。无论你从宇宙中的哪个位置上观察，星系扩散的图式看上去都是很一致的。
宇宙的膨胀一般不发生在三维空间内，而是发生在四维空间内的，它不仅包括普通三维空间（长度、宽度和高度），还包括四维空间的一个要素——时间。描述空间的膨胀是非常困难的，但是我们也许可以通过气球的膨胀来类比解释它。
我们可以假设宇宙是一个正在膨胀的气球，而星系是气球表面上的点，我们就住在这些点上。我们还可以假设星系不会离开气球的表面，只能沿着表面移动而不能进入气球内部或向外运动。在某种意义上可以说我们把自己描述为一个二维空间的人。
如果宇宙不断膨胀，也就是说气球的表面不断地向外膨胀，则表面上的每个点彼此离得越来越远。其中，某一点上的某个人将会看到其他所有的点都在退行，而且离得越远的点退行速度越快。
现在，假设我们要寻找气球表面上的点开始退行的地方，那么我们就会发现它已经不在气球表面上的二维空间内了。气球的膨胀实际上是从内部的中心开始的，是在三维空间内的，而我们是在二维空间上，所以我们不可能探测到三维空间内的事物。
同样的，宇宙的膨胀不是在三维空间内开始的，而我们只能在宇宙的三维空间内运动。宇宙开始膨胀的地方是在过去的某个时间，即亿万年以前，虽然我们可以获得有关的信息，但我们却无法回到那个时候。
（3）宇宙的归宿
恒星终归难逃消亡的厄运，那么宇宙的命运是否会一样？一些学者认为我们的宇宙有三种可能的归宿，其关键就在于宇宙所有物质的平均密度。
第一种情况是宇宙所包含的物质太少，引力无法遏止宇宙继续膨胀，结果宇宙会永无止境地膨胀下去，我们称之为“开放宇宙”；第二种情况是宇宙拥有足够多的物质，使膨胀的速度逐渐降低，并最终在某一时刻将膨胀逆转为“大压缩”，称之为“封闭宇宙”；第三种情况介于两者之间：宇宙物质的平均密度刚好等于“临界密度”，这时候宇宙会继续保持膨胀状态，不过膨胀的速度会随时间而逐渐减慢，称之为“平坦宇宙”。
换言之，如果我们知道宇宙物质的平均密度，就可以估计宇宙的未来。然而，天文学家发现，可见宇宙的平均密度只有“临界密度”的1％，这意味着我们的宇宙是一个“开放宇宙”。不过现在较为被天文学家所接受的“膨胀宇宙论”却预测我们的宇宙是平坦的，即平均密度刚好等于“临界密度”。愈来愈多证据显示，我们的宇宙中到处充斥着神秘的暗物质。这些暗物质既不发光发热，也不会吸收任何电磁辐射，我们只能从它们的引力对周围星体造成的影响上，才能间接得知它们的存在。天文学家相信，隐藏在星系晕中的暗物质可能包括已死亡的恒星（例如白矮星、一些未成为恒星的棕矮星、其他星系的行星，甚至是黑洞）。至于在广阔星际空间中的暗物质，极有可能是一种“弱相互作用粒子”。充斥着整个宇宙、静止质量接近零的中微子，以及由粒子物理学中的超对称理论所预言的“光超子”及“轴子”，都有可能是这种暗物质。
如果我们的宇宙真是一个“封闭宇宙”，那么它最终会结束膨胀。宇宙开始收缩之后，宇宙微波背景辐射的温度开始上升，星体逐渐熔解蒸发成气体。黑洞会吸收这种气体，并且相互结合成为巨大的黑洞。在“大压缩”前的一刹那，所有黑洞很有可能合并回归至时空奇点，甚至引发另一次大爆炸，宇宙再一次诞生。有些天文学家把这种宇宙称为“冲动宇宙”。
如果宇宙是开放的话，情形将会更为有趣，因为有充裕的时间让很多怪异的现象产生。宇宙不断膨胀，物质变得愈来愈稀薄，在1014年之后便不能再产生新的星体，恒星亦因耗尽燃料而丧失光辉，宇宙开始变得暗淡无光。根据统一场论，再过1050年，质子衰变开始上演。由于质子是构成星体的基本成分，质子衰变后，宇宙只剩下伽马射线、中微子、电子、正电子和黑洞。这样再过10100年，连最巨大的黑洞也蒸发殆尽，最后整个宇宙只剩下电子和正电子，在仍旧不断膨胀的空间里“闲荡游离”。
宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约在137亿年前，一个体积无限小、质量无限大的“原点”爆炸了，时空从这一刻开始，物质和能量由此产生，宇宙也由此诞生了，这就是宇宙创生的大爆炸。根据大爆炸理论的观点，我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史，在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断的膨胀，使物质密度从密到稀地演化，恒星、星系、星系团逐渐形成，演化为现在的宇宙。从广义上看，宇宙是无穷大、没有边际的。当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。宇宙是由星云、星系、星团、总星系等总体呈多重旋转结构的宏观体系和由基本粒子组成的微观体系构成的。
