随着宇宙膨胀，它逐渐冷却。在大爆炸后38万年左右，电子和核子结合成原子，其中主要是氢原子，宇宙因而变成透明的。伽莫夫认为，我们还应该能够观测到那个阶段的光子，只是由于宇宙的膨胀引起的巨大红移，它们现在变成了只有几开氏度温度的宇宙微波背景辐射。1964年，彭齐亚斯和威尔逊意外地发现了这个大爆炸的余辉。目前这个辐射的温度被准确地测量为2.725开氏度。

弗里德曼时空度规的一个显著特征是，宇宙起始于一个尺度为零的奇点。一些前苏联科学家认为，这种奇性是起因于空间的均匀性和各向同性的假设，而实际的宇宙并不具备这样高的对称性，所以宇宙应压倒性地不具有大爆炸奇点。尽管如此，1970年，霍金和彭罗斯证明了，在经典广义相对论中，在非常合理的物质条件下，宇宙的大爆炸奇点是不可避免的。经典物理和因果性在奇点处都崩溃了。完整的宇宙图像，尤其是大爆炸起始的物理图像，应借助于还未被发现的量子引力论来加以描述。

人们可以用已有的物理理论的描述尽可能地逼近大爆炸奇点，直至时空量子效应开始显著地影响宇宙整体的经典演化。但宇宙的行为极端敏感地依赖于它极早期的初始条件。为何现在的宇宙如此平坦?在早先演化中从未有过因果接触的不同方向上微波背景辐射的温度为何一致?在极早期宇宙的量子场中，由于一些邻近的因果不相关的多个区域在相变时可能形成单极子，而且它们还应存活到今天。但为何它们从未被观测到?在大爆炸模型中，这三个所谓的“平性”、“视界”和”单极子”问题都未能得到解释。