Jedním ze zásadních kosmologických objevů učiněných ve 20. století bylo pozorování expanze vesmíru. Extrapolace tohoto pozorování do minulosti vede k závěru, že vesmír vznikl před konečně dlouhou dobou, a nedlouho po svém vzniku byl malý a horký. To je základem dnes ve vědě všeobecně uznávané teorie Velkého třesku.
Pro samotný počátek vesmíru v časech srovnatelných s Planckovým časem existuje větší množství různých hypotéz. Předpokládá se, že vzhledem k vysoké hustotě energie, velmi malým rozměrům vesmíru a vysokému zakřivení prostoročasu bude pro popis potřebná dosud neexistující kvantová teorie gravitace. Přímočaře použitá obecná teorie relativity předpovídá na začátku vesmíru singularitu.
Přibližně 10-35 s od počátku prošel vesmír obdobím velmi rychlého rozpínání, kosmické inflace. Na konci inflace existovala většina hmoty ve vesmíru ve formě kvark-gluonového plazmatu. S pokračující expanzí a tím i poklesem teploty se kvarky začaly vázat do podoby dnes běžné hmoty. S další expanzí a ochlazováním se vytvořily elementární částice a jádra atomů, vodíku, deuteria a helia. S dalším ochlazováním jádra s elektrony vytvořila atomy a vesmír se tak stal průhledným pro záření. Toto záření je dosud pozorovatelné jako tzv. reliktní záření.
Pozvolna se z původních gravitačních nehomogenit vytvořily struktury, které dnes ve vesmíru pozorujeme, jako galaxie, hvězdy a mlhoviny. Většina hmoty (energie) se ovšem ukrývá v podobě přímo nepozorované temné hmoty neboli temné energie.