L'expansion de l'Univers, découverte par Vesto Slipher à partir de mesures effectuées entre 1912 et 1923 sur les galaxies extérieures qui, présentant un décalage vers le rouge de leurs raies spectrales , semblaient s'éloigner d'un observateur d'autant plus vite qu'elles étaient plus lointaines, permit de comprendre que l'Univers n’était pas statique, contrairement à ce qu'avaient postulé Albert Einstein et De Sitter. Les univers relativistes théoriquement possibles n'étaient, de fait, pas statiques dans leur grande majorité, les quelques cas d'univers statiques étant instables, comme le démontra ultérieurement Arthur Eddington, soit pour des raisons géométriques ou dynamiques, soit dès qu'une particule ou un observateur se trouvait à l'intérieur. Alexandre Friedmann, en 1922, et Georges Lemaitre, en 1927, furent les premiers à étudier le cas des univers non statiques.
Milton Humason élargit le champ d'investigation des travaux de Slipher sur le décalage vers le rouge des raies spectrales des objets éloignés, alors que Edwin Hubble (1929) classifia les galaxies et en détermina les distances. Utilisant les travaux de divers théoriciens, ils établirent la relation entre la vitesse de récession et la distance des galaxies ( VR = H d). Utilisant les modèles d'univers non statiques, les physiciens George Gamow, Ralph Alpher et Robert Herman montrèrent que l’Univers avait été dans un état plus dense et plus chaud dans le passé, ayant débuté dans un état condensé ultérieurement appelé Big Bang. D'autres astronomes soulignèrent que la récession n'était pas, en fait, composée de vitesses énormes propres aux galaxies, mais que l'expansion représentait une déformation intrinsèque de la texture du continuum espace-temps qui supportait l'Univers. Le décalage vers le rouge des galaxies ne ressemble que superficiellement à un effet Doppler dû à la vitesse de récession de la source en réalité, il est dû au fait que la lumière que nous recevons des galaxies est très étirée durant son voyage à travers un espace en expansion ( : décalage vers le rouge dit décalage d’origine cosmologique)
Une solution évidente de l'énigme de l'obscurité se dégagea alors rapidement de la relation vitesse-distance. Le fond de ciel est sombre parce que les galaxies lointaines situées à l'extérieur d'une sphère appelée sphère de Hubble sont animées d'une vitesse de fuite supérieure à la vitesse de la lumière, à cause du mouvement d'expansion de l'Univers : même la lumière qu'elles émettent en direction de l'observateur s'éloigne en voyageant vers lui. Seules les galaxies situées à l'intérieur de la sphère de Hubble s'éloignent à une vitesse de fuite inférieure à celle de la lumière et sont visibles depuis la Terre. La sphère de Hubble définit un horizon de visibilité au-delà duquel rien n'est observable.
De plus si l’âge de l’univers est fini, la lumière venant de très loin n’a simplement pas eu le temps de venir jusqu’à nous. C’est ce qu’écrit Edward Fournier d’Albe dans « Two New Worlds » en (1907), et il dit plus exactement que notre vision de l’espace, limitée aujourd’hui à la Voie Lactée , s’éloignent alors à la vitesse de 300 000 km.s -1.
Dans un univers newtonien statique, uniformément étoilé, les étoiles que nous voyons appartiennent à une sphère d’environ 10 milliards d’années-lumière de rayon. Au delà, nous regardons dans un passé où les étoiles visibles s’éloigne de nous à la vitesse de la lumière
Dans la Théorie du Big Bang, l’expansion cosmologique et l’âge fini de l’univers vont dans le même sens pour résoudre le « paradoxe d’Olbers ».