Kosmologie bestudeert het universum als geheel: zijn oorsprong, structuur, evolutie en lot. Het is de meest grootschalige wetenschap die er bestaat en is in de afgelopen eeuw getransformeerd van speculatie naar precieze metingen.

Het moderne beeld is vreemd. Het universum begon 13,8 miljard jaar geleden in een hete, dichte toestand. Het breidde zich uit, koelde af en vormde atomen, sterren, sterrenstelsels en clusters. Het breidt zich nog steeds uit, en die expansie versnelt, aangedreven door iets dat donkere energie wordt genoemd. Gewone materie, de materie waaruit sterren, planeten en mensen bestaan, maakt slechts ongeveer 5 procent van het universum uit. Donkere materie is goed voor ongeveer 27 procent. De rest is donkere energie.

Kosmologen gebruiken meerdere bewijslijnen: de kosmische microgolfachtergrondstraling, de verdeling van sterrenstelsels, de abundantie van lichte elementen en de versnellende expansie gemeten aan de hand van supernovae. Deze waarnemingen vormen samen een model genaamd Lambda-CDM, het standaardmodel van de kosmologie. Het is niet compleet, maar het werkt opmerkelijk goed.

De grootste open vragen zijn wat donkere materie en donkere energie nu eigenlijk zijn. Om deze vragen te beantwoorden, zijn nieuwe natuurkunde, nieuwe experimenten en waarschijnlijk ook nieuwe ideeën nodig.