La cosmologie étudie l'univers dans son ensemble : son origine, sa structure, son évolution, son destin. C'est la science à la plus grande échelle qui soit, et elle est passée, au cours du siècle dernier, de la spéculation à la mesure de précision.

Le tableau actuel est étrange. L'univers a débuté il y a 13,8 milliards d'années dans un état chaud et dense. Il s'est dilaté, refroidi et a formé des atomes, des étoiles, des galaxies et des amas. Il est toujours en expansion, et cette expansion s'accélère sous l'effet de ce qu'on appelle l'énergie sombre. La matière ordinaire, celle qui compose les étoiles, les planètes et les êtres humains, ne représente qu'environ 5 % de l'univers. La matière sombre en représente environ 27 %. Le reste est de l'énergie sombre.

Les cosmologistes s'appuient sur plusieurs types de preuves : le fond diffus cosmologique, la distribution des galaxies, l'abondance des éléments légers et l'expansion accélérée de l'Univers mesurée grâce aux supernovae. Ces observations s'intègrent dans un modèle appelé ΛCDM, qui est le modèle standard de la cosmologie. Bien qu'incomplet, il fonctionne remarquablement bien.

Les principales questions en suspens concernent la nature de la matière noire et de l'énergie sombre. Y répondre nécessitera une nouvelle physique, de nouvelles expériences et probablement de nouvelles idées.