Kosmologie studuje vesmír jako celek. Jeho původ, strukturu, vývoj i osud. Je to věda největšího rozsahu, která existuje, a v minulém století se transformovala od spekulací k přesnému měření.

Moderní obraz je zvláštní. Vesmír začal v horkém, hustém stavu před 13,8 miliardami let. Rozpínal se, chladl a formoval atomy, hvězdy, galaxie a hvězdokupy. Stále se rozpíná a toto rozpínání se zrychluje, poháněno něčím, čemu se říká temná energie. Běžná hmota, tedy hmota hvězd, planet a lidí, tvoří pouze asi 5 procent vesmíru. Temná hmota tvoří asi 27 procent. Zbytek je temná energie.

Kosmologové používají několik důkazů: kosmické mikrovlnné pozadí, rozložení galaxií, množství lehkých prvků a zrychlující se rozpínání měřené ze supernov. Tato pozorování zapadají do modelu zvaného Lambda-CDM, což je standardní model kosmologie. Není úplný, ale funguje pozoruhodně dobře.

Největšími otevřenými otázkami jsou, co vlastně je temná hmota a temná energie. Jejich zodpovězení bude vyžadovat novou fyziku, nové experimenty a pravděpodobně i nové myšlenky.