宇宙學研究宇宙的整體，包括它的起源、結構、演化和最終歸宿。它是規模最大的科學，在過去一個世紀裡，它已經從推測轉變為精確測量。

現代的宇宙圖景十分奇特。宇宙誕生於138億年前，當時宇宙處於高溫高密狀態。它不斷膨脹、冷卻，並形成了原子、恆星、星系和星系團。宇宙至今仍在膨脹，而且這種膨脹正在加速，其驅動力是一種被稱為暗能量的物質。構成恆星、行星和人類的普通物質僅佔宇宙的約5%。暗物質約佔27%。其餘則是暗能量。

宇宙學家利用多方面的證據：宇宙微波背景輻射、星系分佈、輕元素豐度以及從超新星觀測到的宇宙加速膨脹。這些觀測結果共同構成了一個名為ΛCDM的模型，它是宇宙學的標準模型。雖然它並不完美，但其擬合效果非常出色。

最大的未解之謎是暗物質和暗能量究竟是什麼。解答這些問題需要新的物理理論、新的實驗方法，或許還需要新的理論想法。