우주는 "존재의 총체" 또는 존재하는 모든 것, 전부로 정의 되며 물리적인 관점에서 우주는 공간과 시간과 그 내용으로 정의된다. 우주 안에 있는 내용물들은 아주 다양한 형태의 에너지로 구성되어 있는데 그것들은 전자기 복사 및 물질, 행성, 위성, 별, 은하 및 은하 간 공간의 내용물들을 모두 포함 한다.
우주의 진화에 대해 지배적인 모형은 대폭발 이론이며 이러한 대폭발 모형은 초기의 우주 상태는 극도로 뜨겁고 밀도가 아주 높은 상태에서 이후에 우주는 팽창하게 되고 냉각이 되었다고 설명하고 있다. 대폭발 이론에 따르면 처음에 존재하는 에너지와 물질은 우주의 팽창함에 따라 밀도가 낮아졌는데 급팽창 시대라고 불리는 초기 가속 팽창, 그리고 알려진 네 가지 기본 힘의 분리 이후에 우주는 점차 냉각되고 계속 팽창하면서 최초의 아원자 입자들과 원자들이 형성되었다고 한다. 여기서 말하는 네 가지 우주의 힘은 중력, 약력, 전자기력, 강력을 의미한다. 또한 수소와 헬륨으로 이루어진 거대한 구름은 암흑 물질이 가장 고밀도 상태인 장소로 끌려들어 가면서 오늘날 볼 수 있는 최초의 은하, 별 등을 형성하였다.
많은 원자가 응축되어 별들을 만들고 별들은 은하들로 되며 대부분의 은하가 모여서 은하단, 초은하단 그리고 마지막 대규모인 은하 필라멘트가 된다. 관측할 수 있는 우주는 초은하단보다 훨씬 더 큰 규모에서 방향과 상관없는 성질이며 이것은 우주의 통계적 특성이 지구에서 관찰된 모든 방향에서 동일하다는 것을 의미한다.
은하들의 운동을 보면 우주는 보이는 물체가 설명하는 것보다 훨씬 더 많은 물질을 포함하고 있다는 것이 밝혀졌다. 우주는 순식간에 네 가지 기본 힘들이 분리되었고 우주가 추측할 수 없을 정도의 뜨거운 상태로부터 계속 냉각함에 따라 쿼크 시대, 강입자 시대 그리고 렙톤 시대로 알려진 다양한 유형의 아원자 입자들이 짧은 시간 내에 형성될 수 있었다. 이러한 기본 입자들은 양성자와 중성자를 포함하며 훨씬 더 큰 조합으로 안정적으로 결합이 되었고 그것들은 핵융합을 통해 원자핵을 형성하였다. 이 과정은 대폭발 핵 합성이다. 우주는 이러한 핵 합성이 끝난 후에는 광자 시대에 들어섰다. 이 기간에도 우주는 물질이 중성 원자들을 형성하기에는 여전히 너무 뜨거워서 음전하를 띤 전자나 중성의 중성미자, 그리고 양의 핵들로 구성된 안개가 많은 플라스마를 포함하고 있었다. 그 후 우주는 전자들과 핵들이 완전한 원자를 형성할 수 있을 만큼 충분히 냉각되었으며 이것은 재결합으로 알려져 있다.
우주가 팽창하면서 광자의 에너지는 파장에 따라 감소하기 때문에 전자기 복사의 에너지 밀도는 물질의 에너지 밀도보다 더 빠르게 감소한다. 물질의 에너지 밀도는 광자들과 중성미자들의 에너지 밀도보다 커져서 우주를 대규모로 지배하게 되었다. 이것은 바로 복사-지배 시대의 끝을 말하며 즉 물질-지배 시대의 시작을 나타내기도 한다.
우주는 거의 완전히 암흑 에너지와 암흑 물질 그리고 일반 물질로 구성되어 있다. 다른 내용물들은 전자기 복사와 반물질이다. 모든 유형의 에너지와 물질들의 비율은 우주의 역사에 따라서 변해 왔다. 예를 들어 우주 내에서 생성된 전자기 복사의 총량은 지난 20억 년 동안 1/2로 반으로 감소하게 되었고 오늘날에 원자, 별, 은하 및 생명을 포함하는 일반 물질은 우주 전체의 4.9%밖에 차지하지 않는다고 한다. 이러한 유형의 물질 현재 전체 밀도는 매우 낮다. 암흑 에너지와 암흑 물질의 성질에 대해서는 아직 정확하게 알려지지 않았다. 밝혀지지 않은 신비한 형태의 물질인 암흑 물질은 우주 내용물들의 26% 정도를 차지한다고 한다. 또한 빈 곳의 에너지이며 우주 팽창의 가속화를 일으키는 암흑 에너지는 그 내용물들의 남아있는 64%를 차지한다고 한다. 이러한 암흑물질, 암흑 에너지, 물질들은 3억 광년 정도 이상의 길이에 걸쳐 우주 전체에 일정하게 분포되어 있다. 또한 더 짧은 길이나 규모에서는 물질이 계층적으로 뭉치는 경향이 있다고 한다.
먼저 암흑 에너지는 종종 공간을 투과하는 것으로 잘 알려지지 않은 에너지의 형태에 원인을 두고 있다. 모든 질량은 그에 상당하는 에너지를 가지고 있다는 질량-에너지 등가 기준에서 암흑 에너지의 밀도는 은하 내의 일반 물질과 암흑 물질의 밀도보다 훨씬 낮다. 하지만 현재의 암흑 에너지는 공간에 걸쳐서 균일하게 분포되어 있기 때문에 우주의 질량-에너지를 지배한다. 전체 질량-에너지의 26%와 우주 전체 물질의 85%를 구성하고 있는 것으로 추측되는 암흑 물질은 전체 전자기 스펙트럼에 보이지 않는다. 하지만 대부분의 우주 물질을 설명하는 한 가상적 종류의 물질로 이러한 암흑 물질의 존재와 특성은 방사선 및 우주의 거대구조에 대한 중력적 효과에서 추론되는데 뜨거운 암흑 물질의 한 형태인 중성미자들을 제외하고는 암흑 물질은 직접 검출되지 않아서 우주의 가장 큰 미스터리 중 하나라고 한다. 암흑 물질은 어떤 의미 있는 수준에서 빛 또는 어떤 다른 전자기 복사를 흡수한다거나 방출하지 않는다고 한다.
우주의 질량-에너지의 나머지인 4.9%에 해당하는 일반 물질은 원자, 이온, 전자나 이들을 형성하는 천체들이라고 한다. 이 물질은 우리가 은하에서 볼 수 있는 항성이나 성 간 은하 간 매체의 성 간 가스, 행성 그리고 일상생활의 모든 물체를 포함한다. 일반 물질은 고체, 액체, 기체, 플라스마로 네 가지 상태가 일반적으로 존재하며 이런 일반 물질은 쿼크와 렙톤이라는 두 가지 유형의 기본 입자들로 구성된다.
우주의 궁극적인 운명은 일부 물리학자들도 다양한 다중 우주 가설들을 제안하기도 하는데 우리가 알고 있는 우주와 비슷하게 존재하는 많은 우주 중 하나일 수도 있다는 의견도 있다.