En 1925, el astrónomo norteamericano Edwin Hubble midió la distancia a Andrómeda y a otras nebulosas espirales y demostró que tales nebulosas estaban fuera, y muy lejos, de la Vía Láctea. Tales nebulosas eran por tanto galaxias independientes de la nuestra, lo que indicaba que el Universo era mucho mayor de lo que se había creído hasta entonces. Poco después, midiendo las velocidades de tales galaxias y comparándolas con sus distancias concluyó que todas ellas se alejaban entre sí. Georges Lemaître interpretó estas medidas como el resultado de la expansión del universo y, resolviendo las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, puso los cimientos de la teoría del big bang.

A pesar de que Maxwell había descrito el espectro electromagnético a mediados del XIX, el estudio del universo estuvo limitado a la luz visible hasta bien entrado el siglo XX. La atmósfera terrestre actúa como una barrera bloqueando gran parte de la radiación que es emitida más allá del ultravioleta y del infrarrojo y, por otra parte, los astrónomos no disponían de la tecnología necesaria para construir detectores en rangos del espectro electromagnético diferentes del óptico. Pero esta situación cambió radicalmente cuando, en 1931, Karl Jansky descubrió ondas de radio que procedían de la Vía Láctea.

El rápido desarrollo de la radioastronomía tras la Segunda Guerra Mundial condujo a la identificación de unas misteriosas fuentes de ondas de radio que, en el óptico, parecían estrellas muy débiles. En 1963, el astrónomo holandés-estadounidense Marteen Schmidt estimó la distancia y luminosidad de algunas de estas radiofuentes y concluyó que se trataba de galaxias situadas en los confines del Universo conocido. Tales galaxias poseían luminosidades muy superiores a las de todas las conocidas previamente. Hoy sabemos que tales objetos, denominados quásares, obtienen su energía de agujeros negros supermasivos situados en sus regiones centrales. El agujero negro, rodeado de un disco de acreción, es el origen de chorros bipolares de altísima velocidad.

En 1965 Penzias y Wilson descubrieron una misteriosa radiación de microondas en el fondo del cielo. Tal radiación, cuya existencia había sido predicha por varios investigadores durante las dos décadas previas, pudo ser inmediatamente reconocida como una reliquia del 'Big Bang'. Estas observaciones vinieron por tanto a confirmar la interpretación de la ley de Hubble en términos de una expansión generalizada del universo que tenía su origen una gran explosión.