1、大爆炸理論是通過實驗觀測和理論推導發展的，在實驗觀測方面，1910年代，維斯特·斯裏弗爾（Vesto Slipher）和卡爾·韋海姆·懷茲（Carl Wilhelm Wirtz）證實了大多數旋渦星雲正在遠離地球，不過他們並沒有因此聯想到這對宇宙學意味著什麽，也不認為發現的星雲其實是銀河系外的其他星系。同時在理論上，愛因斯坦的廣義相對論成功建立並推出沒有穩定態宇宙。通過度量張量描述的宇宙不是膨脹就是收縮，愛因斯坦認為他自己解錯了，並加入了壹個宇宙學常數來進行改正。第壹個不使用宇宙學常數，而真正認真將廣義相對論運用到宇宙學中的是亞歷山大·弗裏德曼，他的方程所描述的宇宙稱為Friedmann-Lema?tre-Robertson-Walker宇宙，其壹直在不斷地膨脹，那麽可以合理地設想，它在過去應該比現在小。如果能把宇宙史這部影片倒過來放，我們應該會發現，在很久很久以前的某個時候，所有的星辰都是聚合在壹起的，宇宙最初是壹個致密的物質核。1927年，比利時天主教牧師勒梅特獨立推導出Friedmann-Lema?tre-Robertson-Walker方程，並在螺旋星雲後退現象的基礎上提出了宇宙是從壹個“初級原子”“爆炸”而來的—這就是後來所謂的大爆炸。
1929年，愛德文·哈勃為勒梅特的理論提供了實驗條件。哈勃證明這些旋渦星雲其實是星系，並通過觀測仙王座δ的星體測算出了他們之間的距離。他發現，星系遠離地球的速度同它們與地球之間的距離剛好成正比，這就是所謂哈勃定律。根據宇宙學的原理，當觀測足夠大的空間時，沒有特殊方向和特殊點，因此哈勃定律說明宇宙在膨脹。
2、宇宙背景輻射是來自宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射，也稱為微波背景輻射。二十世紀六十年代初，美國科學家彭齊亞斯和R.W.威爾遜為了改進衛星通訊，建立了高靈敏度的號角式接收天線系統。1964年，他們用它測量銀暈氣體射電強度。為了降低噪音，他們甚至清除了天線上的鳥糞，但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認為，這些來自宇宙的波長為7.35厘米的微波噪聲相當於3.5K。1965年，他們又訂正為3K，並將這壹發現公諸於世，為此獲1978年諾貝爾物理學獎金。
微波背景輻射的最重要特征是具有黑體輻射譜，在0.3厘米－75厘米波段，可以在地面上直接測到；在大於100厘米的射電波段，銀河系本身的超高頻輻射掩蓋了來自河外空間的輻射，因而不能直接測到；在小於0.3厘米波段，由於地球大氣輻射的幹擾，要依靠氣球、火箭或衛星等空間探測手段才能測到。從0.054厘米直到數十厘米波段內的測量表明，背景輻射是溫度近於2.7K的黑體輻射，習慣稱為3K背景輻射。黑體譜現象表明，微波背景輻射是極大的時空範圍內的事件。因為只有通過輻射與物質之間的相互作用，才能形成黑體譜。由於現今宇宙空間的物質密度極低，輻射與物質的相互作用極小，所以，我們今天觀測到的黑體譜必定起源於很久以前。微波背景輻射應具有比遙遠星系和射電源所能提供的更為古老的信息。微波背景輻射的另壹特征是具有極高度的各向同性。這有兩方面的含義：首先是小尺度上的各向同性。在小到幾十弧分的範圍內，輻射強度的起伏小於0.2－0.3％；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各個不同方向，輻射強度的漲落小於0.3％。各向同性說明，在各個不同方向上，在各個相距非常遙遠的天區之間，應當存在過相互的聯系，這暗示大爆炸理論的正確性。