1946年，美籍俄国天体物理学家伽莫夫首次将广义相对论宇宙学和化学元素生成理论联系在一起，去研究宇宙膨胀和宇宙元素丰度两者的起源，提出热大爆炸宇宙学模型。伽莫夫认为，宇宙开始于高温、高密度的原始物质。最初温度超过几十亿度，很快降至十亿度，那时的宇宙中充满的是辐射和基本粒子，随后温度持续下降，宇宙开始膨胀。当膨胀持续了几百万年时，温度冷却至四千度，物质逐渐凝聚成星云，再演化成今天的各种天体。

三种膨胀宇宙。“开宇宙”无限伸展且永远膨胀。“闭宇宙”是有限的，且最终往回收缩到一次“大坍聚”。这两者之间的分水岭是“临界宇宙”，它是无限大的，并且永远膨胀下去

1948年伽莫夫的学生阿尔法和赫尔曼根据他的思路，推算出160－200亿年前热大爆炸之后的余烬，在今天应表现出温度为5K的背景辐射。1965年美国天体物理学家彭齐亚斯和威尔逊，不期而遇地探测到各向同性地宇宙微波背景辐射。他们用高灵敏度地射电望远镜，接收到地这些来至宇宙深处地波长为7.35厘米的背景噪声，相当于3K的黑体辐射，这与伽莫夫及其学生的预言相符。3K宇宙微波辐射的发现是 成为热大爆炸学说的最有力的支持。近年来，粒子物理的电弱统一理论、量子色动力学和大统一理论提出后不久，就陆续和大爆炸理论结合起来，对于宇宙中质子数同光子数之比、重轻子的质量、中微子种类的限制等等做出了不少有意义的解释和预言。

大爆炸模型预言宇宙应当由大约25％的氦和75％的氢组成，这与天文测量结果极为符合。最初三分钟里形成的氢与氦，构成了宇宙中99％以上的物质。形成行星和生命的丰富多彩的重元素，只占宇宙总质量的不到l％，它们大部分是在恒星内部形成的。

1989年，美国发射了宇宙背景探测器COBE（COsmic Background Explorer）。1990年，发送回来的最初一批探测资料表明微波背景辐射与温度2.730K的黑体辐射曲线的吻合程度达到99.75%。1992年，又探测到背景辐射的不均匀性，表明早期宇宙中曾发生过物质的扰动，正是这种扰动才得以形成今日所见的星系和星系成团现象。它与大爆炸宇宙模型所需的早期宇宙中的暴涨理论相符。所以，大爆炸模型被公认为最有生命力、最令人满意的描述今日所观测到宇宙图像的理论。

但是，大爆炸理论也存在一些问题有待解决。例如失踪质量问题，星系形成问题，正、反物质不对称的起源，各向同性的起源，奇点如何避免的问题，等等。