Selv om astronomien har gjort enorme fremskritt med forståelsen av universet og dets innhold, gjenstår visse viktige uløste spørsmål. For å svare på disse kan det kreves konstruksjoner av nye mark- eller rombaserte instrumenter og nye fremskritt innen teoretisk og eksperimentell fysikk. Hvordan oppstod universet? Hvilke prosesser var det som ga opphav til Big Bang? Hva er årsaken til stjernenes massespektrum? Det vil si, hvorfor observeres samme fordeling av stjernenes masse hvor man enn observerer, tilsynelatende uavhengig av startforholdene? En dypere forståelse av hvordan stjerner og planeter dannes er nødvendig. Finnes det utenomjordisk liv i universet? Fremfor alt, finnes det annet intelligent liv? Eksistensen av liv utenfor jorden er av avgjørende vitenskapelig og filosofisk betydning. Hva er egentlig mørk materie og mørk energi? Disse dominerer universets utvikling og skjebne, men vi vet fremdeles ikke hva det er. Hvorfor har de fysiske konstantene de verdiene de har? Finnes det uendelig mange univers med et uendelig antall konstanter, og finnes vi bare tilfeldigvis i et som tillater liv og derfor kan fundere på det spørsmålet? Hva forårsaket den kosmiske inflasjonen som skapte et homogent univers? Hva er universets endelige skjebne?