对于某些星系，它们到地球的距离可以通过宇宙距离尺度来估算出。如果将各个星系的退行速度和它们到地球的距离一一列出，则可发现两者存在一个线性关系即哈勃定律：v=HD，其中，v是星系或其他遥远天体的退行速度，D是距天体的共动固有距离，H是哈勃常数，根据WMAP最近的测量结果为70.1±1.3千米/秒/秒差距。
根据哈勃定律我们的宇宙图景有两种可能：或者我们正处于空间膨胀的正中央，从而所有的星系都在远离我们——这与哥白尼原理相违背——或者宇宙的膨胀是各处都相同的。
从广义相对论推测出宇宙正在膨胀的假说，是由YLSD和QZ分别在公元一九二二年和一九二七年各自提出的，都要早于哈勃在一九二七年所进行的实验观测和分析工作。宇宙膨胀的理论后来成为了建立大爆炸理论的基石。
大爆炸理论要求哈勃定律在任何情况下都成立，注意这里v、D和H随着宇宙膨胀都在不断变化。对于距离远小于可观测宇宙尺度的情形，哈勃红移可以被理解为因退行速度v造成的多普勒频移，但本质上哈勃红移并不是真正的多普勒频移，而是在光从遥远星系发出而后被观测者接收的这个时间间隔内，宇宙膨胀的结果。
天文学上观测到的高度均匀分布且各向同性的红移，以及其他很多观测证据，都支持着宇宙在各个方向上看起来都相同这一宇宙学原理。
公元二零零零年，人们通过测量宇宙微波背景辐射对遥远天体系统的动力学所产生的影响，证实了哥白尼原理，即地球相对大尺度宇宙来说绝非宇宙的中心。
早期宇宙来自大爆炸的微波背景辐射温度要显著高于当今的辐射余温，而几十亿年来微波背景辐射均匀降温的事实只能被解释为宇宙空间正在进行着度规膨胀，并排除了我们较为接近一个特殊的爆炸中心的可能。
在宇宙诞生的最初几天里，宇宙处于完全的热平衡态，并伴随有光子的不断吸收和发射，从而产生了一个黑体辐射的频谱。其后随着宇宙的膨胀，温度逐渐降低到光子不能继续产生或湮灭，不过此时的高温仍然足以使电子和原子核彼此分离。
因而，此时的光子不断地被这些自由电子“反射”，这一过程的本质是汤姆孙散射。由于这种散射的持续存在，早期宇宙对电磁波是不透明的。
当温度继续降低到几千开尔文时，电子和原子核开始结合成原子，这一过程在宇宙学中称为复合。由于光子被中性原子散射的几率很小，当几乎所有电子都与原子核发生复合之后，光子的电磁辐射与物质脱耦。
这一时期大约发生在大爆炸后三十七万九千年，被称作“最终的散射”时期。这些光子构成了可以被今天人们观测到的背景辐射，而观测到的背景辐射的涨落图样正是这一时期的早期宇宙的直接写照。随着宇宙的膨胀，光子的能量因红移而随之降低，从而使光子落入了电磁波谱的微波频段。微波背景辐射被认为在宇宙中的任何一点都可被观测，并且在各个方向上都（几乎）具有相同的能量密度。
公元一九六四年，贝尔实验室的一台微波接收器进行诊断性测量时，意外发现了宇宙微波背景辐射的存在。他们的发现为微波背景辐射的相关预言提供了坚实的验证——辐射被观测到是各向同性的，并且对应的黑体辐射温度为3K——并为大爆炸假说提供了有力的证据。PQY和WEX为这项发现获得了诺贝尔物理学奖。
一九八九年，NASA发射了宇宙背景探测者卫星（COBE），并在一九九零年取得初步测量结果，显示大爆炸理论对微波背景辐射所做的预言和实验观测相符合。
COBE测得的微波背景辐射余温为2.726K，并在一九九二年首次测量了微波背景辐射的涨落（各向异性），其结果显示这种各向异性在十万分之一的量级。约翰.马舍和乔治·斯穆特因领导了这项工作而获得诺贝尔物理学奖。在接下来的十年间，微波背景辐射的各向异性被多个地面探测器以及气球实验进一步研究。
公元二零零零年至二零零一年间，以毫米波段气球观天计划为代表的多个实验通过测量这种各向异性的典型角度大小，发现宇宙在空间上是近乎平直的。