Žvaigždės formuojasi iš tankių dujų ir dulkių debesų. Maži ir tankūs dulkių ūkai, vadinami globulėmis, gali būti žvaigždžių užuomazgos. Aplink kai kurias žvaigždes aptinkamos planetos, tai rodo, kad planetų sistemos, panašios į Saulės sistemą, nėra unikalios. Saulės sistemos planetų susidarymą aiškina Šmidto hipotezė. Pagal ją, besisukantis aplink Saulę šaltas dujų ir dulkių debesis suplokštėjo, o dulkelės susitelkė į diską. Stambesnės dulkelės traukė smulkesnes, formuodamos didesnes daleles ir galiausiai planetas. Ši hipotezė teigia, kad Žemė niekada nebuvo dujinė ar skysta, o susiformavo iš šaltos medžiagos, o jos gelmės įkaito dėl radioaktyviųjų elementų skilimo.

Kosminiams tyrimams naudojamos raketos, kurių ištakos siekia senovės Kiniją ir Korėją. Kazimiero Semenavičiaus darbai reikšmingai prisidėjo prie raketinės technikos plėtros Europoje. Konstantinas Ciolkovskis XX a. pradžioje suformulavo kosmonautikos pagrindus. 1949 m. JAV paleido pirmąją raketą, pasiekusią 400 km aukštį. 1957 m. paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas „Sputnik 1“. 1961 m. Jurijus Gagarinas tapo pirmuoju kosmonautu. 1969 m. įvyko pirmasis pilotuojamas skrydis į Mėnulį („Apollo 11“ misija, Neilas Armstrongas). Vėliau buvo tiriami Marsas („Mariner 9“) ir Jupiteris („Pioneer 10“). 1975 m. įvyko bendras JAV ir TSRS kosminis skrydis („Sojuz“ ir „Apolon“). Sukurti daugkartinio naudojimo erdvėlaiviai. Šiuo metu kelios šalys gali savarankiškai gaminti raketas nešėjas. Tarpžvaigždiniai skrydžiai yra didelis iššūkis dėl didelių atstumų ir reikalingų technologijų. Kai kurie kosminiai aparatai, tokie kaip „Pioneer“ ir „Voyager“, jau paliko Saulės sistemą ir neša žinutes kitoms civilizacijoms.

Visata nuolat plečiasi, o jos objektai tolsta vienas nuo kito. Šis plėtimasis aprašomas Hablio dėsniu, kuris teigia, kad atstumai Visatoje kinta laike proporcingai. Tai leidžia manyti, kad Visata prasidėjo nuo labai mažo, tankaus taško, vadinamo singuliariuoju tašku, per įvykį, žinomą kaip Didysis Sprogimas. Šią teoriją XX a. 3-ajame dešimtmetyje pasiūlė Žoržas Lemetras, o Aleksandras Fridmanas matematiškai pagrindė Visatos plėtimosi arba traukimosi būtinybę. Nors Didžiojo Sprogimo teorija turi tam tikrų neatsakytų klausimų (pvz., begalinio tankio materijos neįmanomumas), ją patvirtina foninė kosminė radijo spinduliuotė, kurią 1965 m. atrado Arnas Penzijas ir Robertas Vilsonas. Ši spinduliuotė yra tolygiai sklindanti iš visų Visatos pusių ir manoma, kad ji yra likusi nuo Didžiojo Sprogimo.