Kosmologi mempelajari alam semesta secara keseluruhan. Asal usulnya, strukturnya, evolusinya, nasibnya. Ini adalah ilmu berskala terbesar yang ada, dan telah mengalami transformasi dalam abad terakhir dari spekulasi menjadi pengukuran yang presisi.

Gambaran modernnya aneh. Alam semesta dimulai dalam keadaan panas dan padat 13,8 miliar tahun yang lalu. Ia mengembang, mendingin, dan membentuk atom, bintang, galaksi, dan gugusan bintang. Ia masih mengembang, dan ekspansi itu semakin cepat, didorong oleh sesuatu yang disebut energi gelap. Materi biasa, yaitu bahan penyusun bintang, planet, dan manusia, hanya membentuk sekitar 5 persen dari alam semesta. Materi gelap mencakup sekitar 27 persen. Sisanya adalah energi gelap.

Para kosmolog menggunakan berbagai macam bukti: latar belakang gelombang mikro kosmik, distribusi galaksi, kelimpahan unsur-unsur ringan, dan percepatan ekspansi yang diukur dari supernova. Pengamatan-pengamatan ini disatukan ke dalam sebuah model yang disebut Lambda-CDM, yang merupakan model standar kosmologi. Model ini belum lengkap, tetapi bekerja dengan sangat baik.

Pertanyaan terbesar yang masih terbuka adalah apa sebenarnya materi gelap dan energi gelap itu. Menjawab pertanyaan-pertanyaan ini akan membutuhkan fisika baru, eksperimen baru, dan mungkin juga ide-ide baru.