De când teoria relativității generale a lui Einstein a fost aplicată la ceea ce se știe despre univers în ansamblu, s-a bănuit că universul se extinde. Când Edwin Hubble și Milton Humason au descoperit în anii 1920 că practic toate galaxiile de pe cer se îndepărtează de noi cu viteze mari, acest lucru a crescut suspiciunile că universul se extinde într-un ritm rapid. Cu toate acestea, abia în 2000 s-au găsit în sfârșit dovezi decisive în favoarea expansiunii universului, sub forma unor studii extinse de deplasare spre roșu ale obiectelor foarte îndepărtate.
Universul în expansiune este adesea citat ca fiind cea mai semnificativă descoperire din cosmologia modernă. Pe vremea lui Einstein, teoria stării de echilibru era cea predominantă, care afirma că universul rămâne echilibrat la aceeași dimensiune. Einstein, ale cărui ecuații au prezis expansiunea sau contracția universală, dar nu staza, a introdus artificial o variabilă stabilizatoare în ecuațiile sale, numită „constantă cosmologică”. După ce și-a dat seama, din observațiile lui Hubble, că universul probabil se extinde, a numit-o mai târziu „cea mai mare gafă a sa”.
Fenomenul care i-a determinat pentru prima dată pe cosmologi și astronomi să prezică un univers în expansiune a fost analiza lui Hubble a deplasării spre roșu. Folosind Observatorul Muntelui Wilson, care era cel mai bun telescop din lume la acea vreme, Hubble a văzut galaxii îndepărtate și a văzut că păreau progresiv roșii. El a privit mai departe în spațiu și, prin extensie, mai înapoi în timp, deoarece lumina durează multe miliarde de ani pentru a călători de la aceste galaxii pe Pământ. Deoarece factorul de roșeață s-a corelat atât de bine cu creșterea distanței, Hubble a bănuit că acesta este un fenomen de încredere cu o cauză fizică.
Cauza a fost determinată a fi următoarea: pe măsură ce universul se extinde, spațiul subiacent crește în volum, dar lumina care călătorește prin el rămâne aceeași. Spațiul în expansiune întinde lungimea de undă a luminii, făcând-o mai lungă și, prin urmare, mai roșie. O analogie folosită uneori este punctele de pe suprafața unui balon în expansiune. Desenați un model de undă pe un balon și, în timp ce îl aruncați în aer, observați cum valul se întinde și devine mai lung. Acesta este același principiu din spatele fenomenului deplasării spre roșu.
În 1998, s-a descoperit nu numai că universul se extinde, dar că probabil se extinde într-un ritm accelerat. Motivul fizic al acestui lucru este atribuit unei misterioase „energii întunecate”, numită așa pentru că abia știm ceva despre ea.