宇宙大爆炸的實驗基礎有幾個。最早的觀察是所謂4K背景微波。還有光譜紅移。

這個微波的頻段分布相當於絕對溫度4K（頻段分布由溫度唯一決定）。但，非常奇怪的是這個頻段的微波在我們這個宇宙裏各個方向完全是一樣的。這種情況隻有一個可能，也就是微波產生的時候，這個宇宙是個非常非常小的空間，小到微波在各個方向上看都完全一樣。換句話也就是說，這個微波是宇宙大爆炸前殘留下的。也就是大爆炸前，“宇宙”的溫度非常非常高，輻射的分布當然不是微波，而是非常非常非常短的（極高能）波段。大爆炸後，宇宙急劇冷卻，波長分布逐步轉向長波。直到現在的140億年以後，剩下就是微波了。

按照黑體輻射理論，所有（靜止）物體的輻射波段分布都由溫度唯一決定。熱的物體，輻射短波多，冷的物體輻射長波多。恒星的溫度大約與太陽接近。恒星的組成也與太陽相似。

運動的物體的光譜波段分布不僅由溫度決定，還和運動速度，方向有關。就好比汽車高速對開時，喇叭的聲音變得尖銳，離開時喇叭的聲音變得鈍一些。這就是多普勒效應。

這個光譜的偏移可以用來測定遠程的星係相對我們所在的星係的運動。如果是離開，距離越來越遠，光譜就變長，稱紅移。如果距離越來越近，光譜就變短，稱為藍移。現在所有測量都說明是紅移。也就是說星係越來越遠，也就是宇宙在不斷膨脹。反過來，追溯到時間的源頭，大爆炸以前，宇宙就是很小很小很小的一塊，大約就隻有橄欖球／籃球那麽大。（由此可見，前人們玩的球的大小很有科學根據）。

再仔細觀察，人們發現越遠的星係，紅移越厲害。這說明，越遠的星係離開我們的速度越快。也就是，宇宙膨脹的速度在加快。這個非常奇怪。爆炸後的物體，因為互相的引力，應當越來越慢才對。唯一可行的解釋就是宇宙中充滿了某種我們還不知道的物體在吸引宇宙不斷加速擴大。這就是所謂“暗物質”的來由。