V prvej polovici 20. storočia sa slovo vesmír (po anglicky universe) používalo na pomenovanie celého kontinua časopriestoru v ktorom existujeme, spolu so všetkou energiou a hmotou v ňom. O porozumenie vesmíru v najväčších možných mierkach sa snaží kozmológia, veda, ktorá vznikla z fyziky a astronómie. Počas druhej polovice 20. storočia viedol vznik pozorovacej kozmológie, tiež známej ako fyzikálna kozmológia, k rozdeleniu významu slova vesmír medzi pozorovacích kozmológov a teoretických kozmológov; tí prví opustili snahy pozorovať celé časopriestorové kontinuum, tí druhí sa o to stále pokúšajú v snahe nájsť najlogickejšie domnienky na vymodelovanie celého časopriestoru, navzdory extrémnym ťažkostiam v určení si empirických (založených na skúsenosti) obmedzení týchto špekulácií a vyhnúť sa tak skĺznutiu do metafyziky.

Pojmy známy vesmír, pozorovateľný vesmír alebo viditeľný vesmír sú často používané na opísanie časti vesmíru, ktorú môžeme vidieť alebo inak pozorovať. Tí, ktorí neveria v možnosť pozorovať celé kontinuum môžu používať pojem náš vesmír, odvolávajúc sa tak len na tú časť, ktorá je známa ľuďom.

Vesmír podľa mimogalaktickej astronómie je nestacionárny, prebieha v ňom ten istý evolučný proces. Vyvíjajú sa jednotlivé kozmické objekty a ich sústavy i celý vesmír v jeho najširších známych meradlách.

Rozpínanie, vek a teória Veľkého tresku
Najdôležitejší výsledok kozmológie, že vesmír sa rozpína, pochádza z pozorovaní červených posunov a bol vyčíslený Hubbleovým zákonom. (Albert Einstein vo svojej teórii relativity predpovedal podľa svojich výsledkov rozpínanie sa vesmíru.) Extrapolovaním (vyvodením) tohto rozpínania späť v čase sa dostaneme až ku gravitačnej singularite, čo je skôr abstraktná matematická idea, ktorá sa môže, ale tiež nemusí zhodovať s realitou. To dalo vzniknúť teórii Veľkého tresku, ktorá je dnes dominantným modelom kozmológie. Vek vesmíru bol odhadnutý na približne 13,7 miliárd () rokov s presnosťou na 200 miliónov rokov (podľa projektu NASA s názvom WMAP, čiže Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, čo znamená Wilkinsonova mikrovlnná anizotropná sonda). Avšak celé je to založené na predpoklade, že základný model použitý pre analýzu dát je správny. Iné metódy odhadnutia veku vesmíru dávajú rozdielne hodnoty.

Fundamentálny aspekt Veľkého tresku môžeme aj dnes vidieť v pozorovaniach, ktoré ukazujú, že čím ďalej od nás galaxie sú, tým rýchlejšie sa od nás vzďaľujú. Môžeme ho tiež vidieť v žiarení kozmického mikrovlnného pozadia, ktoré je najviac zoslabnuté žiarenie, ktoré vzniklo krátko po Veľkom tresku. Toto reliktové žiarenie je pozoruhodne rovnomerné vo všetkých smeroch, čo sa kozmológovia pokúšali vysvetliť počiatočným obdobím prudkej inflácie, ktorá nasledovala po Veľkom tresku.

Veľkosť Vesmíru a pozorovateľného vesmíru
Nejestvuje zhoda, či je Vesmír konečný alebo nekonečný v priestorovej rozlohe a objeme.

Avšak pozorovateľný vesmír, ktorý pozostáva zo všetkých oblastí, ktoré nás mohli od Veľkého tresku ovplyvniť, čo je dané konečnou rýchlosťou svetla, je určite konečný. Okraj vesmírneho horizontu je 13,7 miliárd svetelných rokov vzdialený. Súčasná vzdialenosť (nazývaná tiež spolupohybujúca sa vzdialenosť, po anglicky comoving distance) k okraju pozorovateľného vesmíru je väčšia, nakoľko sa vesmír rozpína; je odhadovaná na približne 78 miliárd svetelných rokov (km). To by znamenalo, že spolupohybujúci sa objem známeho vesmíru je rovný svetelných rokov kubických (za predpokladu, že je táto oblasť dokonale guľovitá). Pozorovateľný vesmír obsahuje približne hviezd, zoskupených v približne 10 miliardách galaxií, ktoré vytvárajú klastre a superklastre galaxií. Počet galaxií môže byť oveľa väčší, čo je založené na pozorovaniach Hubbleovho temného poľa (po anglicky Hubble Deep Field), vykonaných Hubbleovým vesmírnym ďalekohľadom.