愛因斯坦在提出廣義相對論之後，將人們對於宇宙的認知，從普通的物理世界變為時間和空間相統一、物質和能量相統一的大背景，然而在這種大背景下，愛因斯坦是不相信宇宙會發生膨脹或者收縮的，雖然通過推導出的方程能夠揭示這種結果。於是他在引力場方程中加入了一個不影響方程式表達和正確性的常量，這就是宇宙常數，加入這個常量的目的，就是為了「抵抗」宇宙星體之間因引力發生坍縮的趨勢，從而將宇宙表達為一個靜態、穩定的狀態。
然而，美國天文學家哈勃通過長期的觀測，利用造父變星光度的周期性變化，確定了目標星雲與地球的距離，而且這個距離會隨著時間的推移，不斷遠離地球，距離地球越遠的區域，其遠離速度越快。用關係式表達即v=Hd，其中v為宇宙星體相對於觀測者的退行速度，H為哈勃常數，d為目標星體與地球之間的距離。
為什麼哈勃通過觀測得出宇宙在加速膨脹的結論呢？主要原因還是在於光線的光譜性質。大家知道，光線中包含可見光，我們觀測宇宙天體，基本上都是通過觀測目標星體發射或者反射的可見光來實現的，可見光的組成包括紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色，由可見光組合而成的複合光，通過一定的儀器可以實現色散，然後在屏幕上形成相應的光譜。當來自目標物體的光線快速靠近觀測者時，光波波長會變短，頻率提高，光譜則會向著波長較短的藍端移動，也就是發生了藍移；與之相反的，如果來自目標星體的光線快速遠離觀測者時，光波的波長會變長，頻率降低，對應的在光譜上的表現就是向著波長較長的紅端移動，這就是我們常說的紅移。哈勃正是發現了遙遠星系都處在不斷遠離地球的現象，而且距離越遠的目標紅移現象越嚴重，因此確認了宇宙在膨脹的事實。
時間來到1998年，Saul Perlmutter、Brian Schmidt和Adam Riess這3位天文學家帶領他們的研究團隊，在進一步確認宇宙膨脹的事實基礎上，還發現了宇宙正在加速膨脹的現象，2011年諾貝爾物理學獎頒發給了這3位天文學家。他們通過觀測一種釋放能量穩定的La型超新星的爆發，依據其視亮度計算出了與地球之間的距離，這種距離隨著時間的推移，遠離地球的速度正在不斷加大，據此得出宇宙正在加速膨脹，這種現象後來成為天文學界標準的「教科書」式定律。
大家都知道，萬有引力使物體能夠相互吸引，而宇宙膨脹現象的證實，表明宇宙空間中存在著一種力量，這種力量和萬有引力的作用正好相反，對宇宙空間中的物質起到一種相互排斥的作用，科學家們將提供這種排斥力作用的東西稱為暗能量。
在隨後的研究中，科學家們通過宇宙微波背景輻射發現，在組成現有宇宙的物質中，我們可見的物質（可以觀測）所佔的比例是相當小的，僅佔4.9%左右，剩下的95%則是由我們觀測不到的暗物質和暗能量所構成，其中暗物質佔比26.8%、暗能量佔比68.3%，而對於這些觀測不到的部分我們對其知之甚少。暗物質和暗能量在推動宇宙運行演化中起到非常重要的作用，說簡單點，暗物質對物質之間提供的是引力，而暗能量提供的是斥力，它們之間相互抗衡的結果，決定了宇宙是否收縮或者膨脹。
根據設定的推測模型，暗能量的大小與空間尺度緊密相關，如果空間尺度越大，則暗能量也會越多。在138億年前宇宙大爆炸剛開始時，隨著爆炸釋放的巨大能量，宇宙空間開始擴張，但由於可見物質和暗物質居於主導地位，因此這個爆炸帶來的膨脹效應是變慢的。不過，這個減速的過程大約只持續到了45億年前，隨後暗能量逐漸佔據上峰，使得宇宙的膨脹開始加速。
至於暗能量到底是什麼，科學界對此還基本處於未知狀態。不過隨著大量的天文觀測，科學家們逐漸了解了暗能量的一些基本特性，比如它具有負壓強，也就是說物體被拉伸時，產生與正壓力相反的作用力，從而進一步推動物體被拉伸開來。通過觀測暗能量狀態方程的w值，科學家們正在逐步揭開暗能量運動規律的密碼，與在真空中的能量壓強與能量密度的比值進行對比，發現暗能量模型中的w值並不是嚴格的呈現-1這個值，而是會隨著時間的推移在-1處呈現震蕩，這或許表明暗能量可能是某種未知的、且具有動力學性質的能量場。