現代宇宙學中最有影響的一種學說。它的主要觀點是認為宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期裡，宇宙體系在不斷地膨脹，使物質密度從密到稀地演化，如同一次規模巨大的爆炸。
該理論的創始人之一是伽莫夫。1946年美國物理學家伽莫夫正式提出大爆炸理論，認為宇宙由大約140億年前發生的一次大爆炸形成。上世紀末，對超新星的觀測顯示，宇宙正在加速膨脹。
20世紀20年代末，美國天文學家哈勃發現宇宙中幾乎所有星系都存在著紅移的現象，並且紅移值與距離呈現正相關。
這表明幾乎每個星系都正在遠離地球，而且遠離速度和距離成正比，這種關係後來被稱作哈勃定律。根據哈勃定律，宇宙的大小並非固定的，而是正在變大，整個宇宙空間都在均勻地膨脹。
由於空間正在膨脹，宇宙變得越來越大，這就意味著曾經的宇宙比現在要小，並且時間回到過去越早，宇宙越小。直到某個時刻，大約在138億年前，整個宇宙中的物質和能量全部聚集在一個點之中，這個點被稱為奇點。
宇宙從這個奇點中誕生，早期的宇宙溫度極高，隨著空間的持續膨脹，宇宙慢慢冷卻下來。
一個膨脹的宇宙並不僅僅意味著物體之間的距離隨著時間遠離，這也意味著隨著宇宙膨脹光的波長也會變長。
由于波長決定能量(波長越短能量越高)，這意味著宇宙逐漸變冷，而過去一切都更熱。而如果足夠久遠，就有可能足夠熱、甚至都不能形成中性原子。
如果這些想像是正確的，我們現在應該可以看到當初殘餘的輻射。1964年阿諾·彭齊亞斯和鮑勃·威爾遜發現的這個宇宙微波輻射背景的發現，確認了宇宙大爆炸的存在。