Het universum verwijst naar elke ruimte en tijd en ook naar hun inhoud. Dit is inclusief alle sterrenstelsels, sterren, planeten en elke vorm van energie en materie. De ruimtelijke grootte van het heelal is niet bekend, maar het waarneembare heelal kan worden gemeten.
De vroegste wetenschappelijke modellen van het universum werden tot stand gebracht door de Indiase filosofen en door het oude Grieks dat de aarde in het centrum van het universum plaatste. Meer specifieke astronomische waarnemingen door de eeuwen heen hielpen Nicolaus Copernicus bij de ontwikkeling van het heliocentrische model dat de zon in het centrum van het zonnestelsel plaatst. In Sir Isaac Newtons wet van universele zwaartekrachtontwikkeling gebruikte hij het werk van Copernicus en de waarnemingen van Johannes en Tycho Brahe in hun werk over wetten van planetaire beweging.
Verbetering van de waarneming resulteerde in de wetenschap dat de zon slechts een enkele is van ongeveer honderden miljarden sterren van de Melkweg. De Melkweg is slechts een van de ongeveer honderd miljard sterrenstelsels die in het universum aanwezig zijn. Van een groot aantal sterren in onze melkweg wordt gezegd dat ze planeten hebben. Er is een uniforme verdeling van sterrenstelsels op de grootste schaal. Deze verdeling is ook in alle richtingen gelijk, dit betekent dus dat het heelal geen centrum of rand heeft. Sterrenstelsels zijn verdeeld in superclusters of clusters op kleinere schalen. Deze leiden vervolgens tot de vorming van immense filamenten en holtes in de ruimte, waardoor een grote structuur ontstaat die schuimachtig is. Verder onderzoek heeft aangetoond dat er een begin was met het universum, maar dat de ruimte sindsdien voortdurend uitdijt. Deze ontdekkingen suggereren dat het heelal tot nu toe nog steeds in toenemende mate uitdijt.
De theorie van de oerknal is de kosmologische beschrijving die heerst in de ontwikkeling van het heelal. Volgens deze theorie wordt aangenomen dat ruimte en tijd zich ongeveer 13,79 miljard jaar geleden samen ontwikkelden met een vaste hoeveelheid materie en energie die nu een verminderde dichtheid hebben als gevolg van de uitdijing van het universum. Donkere materie verzamelde zich geleidelijk en leidde tot de vorming van een structuur die lijkt op schuim, gemaakt van holtes en filamenten die het gevolg zijn van de zwaartekracht. Grote wolken van waterstof en helium werden vervolgens naar het dichtste deel van de donkere materie getrokken, wat leidde tot de vorming van de eerste sterren, sterrenstelsels en alle dingen die we vandaag zien. Deze objecten zijn nu zichtbaar, ook al bevinden ze zich op meer dan 13,79 miljard lichtjaar afstand vanwege het feit dat de ruimte is uitgebreid en tot op de dag van vandaag blijft uitbreiden.
De studie van de beweging van sterrenstelsels heeft geleid tot de ontdekking dat er meer is in het universum dan alleen de objecten die zichtbaar zijn zoals het interstellaire gas, nevels, sterrenstelsels en sterren. Deze materie die onzichtbaar is, wordt de donkere materie genoemd. Donker wordt gebruikt om het bestaan van een breed scala aan te duiden dat sterk indirect bewijs van het bestaan ervan bevat, maar het is nog niet vastgesteld.
