Siitä lähtien, kun Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa sovellettiin siihen, mitä tiedetään maailmankaikkeudesta kokonaisuudessaan, on epäilty maailmankaikkeuden laajenevan. Kun Edwin Hubble ja Milton Humason havaitsivat 1920 -luvulla, että käytännössä kaikki taivaan galaksit olivat siirtymässä pois meistä suurella nopeudella, tämä lisäsi epäilyksiä maailmankaikkeuden laajentumisesta nopeaa vauhtia. Kuitenkin vasta vuonna 2000 löydettiin lopullisia todisteita maailmankaikkeuden laajentumisen hyväksi laajojen punaisen siirtymän tutkimusten muodossa hyvin kaukaisista kohteista.
Laajeneva maailmankaikkeus on usein mainittu merkittävimmäksi löydökseksi modernissa kosmologiassa. Einsteinin aikana vallitseva oli vakaan tilan teoria, jonka mukaan maailmankaikkeus pysyi tasapainossa samankokoisena. Einstein, jonka yhtälöt ennustivat yleistä laajentumista tai supistumista mutta eivät pysähtyneisyyttä, lisäsi yhtälöihinsä keinotekoisesti stabiloivan muuttujan, jota kutsuttiin “kosmologiseksi vakioksi”. Havaittuaan Hubblen havainnoista, että maailmankaikkeus todennäköisesti laajeni, hän kutsui tätä myöhemmin ”suurimmaksi virheekseen”.
Ilmiö, joka johti ensin kosmologit ja tähtitieteilijät ennustamaan laajenevaa maailmankaikkeutta, oli Hubblen analyysi punaisesta siirtymästä. Käyttämällä Mount Wilsonin observatorioa, joka oli tuolloin maailman paras teleskooppi, Hubble katsoi kaukaisia galakseja ja näki niiden näyttävän asteittain punertavilta. Hän katsoi kauemmaksi avaruudessa ja laajemmin myös ajassa taaksepäin, koska valolla kuluu monia miljardeja vuosia matkustaakseen näistä galakseista Maahan. Koska punoitustekijä korreloi niin hyvin etäisyyden kasvun kanssa, Hubble epäili tämän olevan luotettava ilmiö, jolla oli fyysinen syy.
Syyksi määritettiin seuraava: maailmankaikkeuden laajentuessa taustalla olevan tilan tilavuus kasvaa, mutta sen läpi kulkeva valo pysyy samana. Laajeneva tila venyttää valon aallonpituutta, mikä tekee siitä pidemmän ja siten punaisemman. Joskus käytetty analogia on pisteitä laajenevan ilmapallon pinnalla. Piirrä aaltokuvio ilmapallolle, ja kun räjäytät sen, huomaa, kuinka aalto ulottuu ja pitenee. Tämä on sama periaate punaisen siirtymän taustalla.
Vuonna 1998 havaittiin paitsi, että maailmankaikkeus laajenee, vaan että se todennäköisesti laajenee kiihtyvällä vauhdilla. Fyysinen syy tähän on liitetty salaperäiseen ”pimeään energiaan”, joka on nimetty siksi, että tuskin tiedämme siitä mitään.