観測的宇宙論
1916年にアインシュタインにより一般相対性理論が発表され、一様等方宇宙の仮定のもとでは宇宙が膨張、収縮するフリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー計量(FLRW計量)が得られた。アインシュタインは宇宙は永遠不変という信念のもとに宇宙項をアインシュタイン方程式に付加することにより、時間不変な宇宙の厳密解を導出した。
1929年に、エドウィン・ハッブルとミルトン・ヒューメイソンにより、天体が我々から遠ざかる速さとその距離に比例関係があるという、ハッブルの法則が発表された。この時に用いられたケフェイド変光星の変光周期と絶対光度の関係は、その後の観測から修正がなされており、ハッブルパラメータは現在の値と比べて1桁程度大きいが、宇宙が膨張している証拠とされた。
天体の距離に関しては宇宙の距離梯子が用いられ、様々な天体に対しての距離測定がなされている。特に最近は年周視差の観測精度が向上しており、半径1000パーセク程度の範囲の星の距離は、19%以下の誤差で定めることができる。
ニュートリノは恒星内の核融合や超新星爆発、宇宙線の崩壊などによって生じる。宇宙から飛来するニュートリノを観測し、天文現象を解明する学問がニュートリノ天文学である。
もともとは太陽の核融合反応に寄って生じる太陽ニュートリノの観測がなされていたが、観測されるニュートリノが理論値の3分の1しかないという問題が発見された(太陽ニュートリノ問題)。
小柴昌俊らのグループが用いていたカミオカンデは、陽子崩壊の観測のほかに太陽ニュートリノの検出を行えるようにしていた。1987年2月23日、超新星SN 1987Aが発生し、そこから生じたニュートリノが検出された。このことから超新星爆発の理論モデルが検証された。