Interesan a la Cosmología todos los fenómenos cuya existencia refleja las propiedades del universo como un todo. Etimológicamente el término fenómeno engloba hechos y sucesos que pueden ser observados, pero la Cosmología actual está concernida tan sólo con aquellos que tienen una existencia material, cuyo estudio requiere el concurso de las Ciencias Físicas. Sin embargo la aplicación del método físico al estudio del universo no está exenta de dificultades. No podemos elegir el lugar e instante de observación, desconocemos si hay límites y las partes del universo que observamos no sabemos si son representativas de la totalidad. Tampoco podemos inferir su naturaleza comparándolo con otros. Y en definitiva, estudiamos la evolución de estructuras durante periodos de tiempo frente a los cuales la presencia del hombre en la Tierra representa una fracción insignificante.

La fuente de información más importante del universo es con diferencia la luz. Estamos interesados en observar galaxias y estructuras distantes, con el fin de obtener una descripción en el espacio de la estructura a gran escala del universo. Pero al profundizar en el espacio, lo hacemos también en el tiempo, ya que los objetos lejanos emitieron la luz que vemos con nuestros telescopios, cuando el universo era más joven que el actual.

La Cosmología es pues una ciencia singular no sólo a causa del objeto que estudia sino también por la posición y limitaciones del observador en él. No obstante disponemos de representaciones consistentes del universo que informan acerca de su pasado y de como puede evolucionar en el futuro, prediciendo sucesos que pueden ser confirmados, y lo son, experimentalmente. Para la construcción de estos modelos del universo, la Cosmología actual recurre a la Teoría de la Relatividad General de Einstein.

La Cosmología utiliza también hipótesis y principios que sobrepasan la experiencia y en algunos casos se anticipan a ella, siguiendo un método que es común a muchas ciencias. Veamos algunos ejemplos. Los modelos de Einstein contienen implícitamente una hipótesis, el Principio Cosmológico, cuya finalidad es dotar de coherencia y unidad la representación del universo como un todo. Este Principio establece la homogeneidad e isotropía del universo a gran escala. En la práctica su objetivo era facilitar la obtención de soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein. Sin embargo los descubrimientos realizados con posterioridad convierten está hipótesis en un resultado empírico.