En 1915, Albert Einstein desarrolló la teoría de la relatividad general, que establece que la velocidad de la luz es una constante y que la curvatura del espacio y el paso del tiempo están vinculados a la gravedad. Einstein creía que el universo era inmutable. El físico alemán insertó una "constante cosmológica" en sus cálculos para hacerlos encajar al concepto de un universo que no cambia. Unos años más tarde, en 1917, el astrónomo holandés Willem de Sitter (1872-1934) dejó a un lado la constante cosmológica y utilizó la teoría de la relatividad para demostrar que el universo estaba en expansión. En 1920, el astrónomo estadounidense Harlow Shapley calculó el tamaño de la Vía Láctea, y determinó que el Sol no está en el centro de la galaxia, como se creía anteriormente. El astrónomo holandés Jan Hendrick Oort entonces demostró que la galaxia está girando alrededor de un centro.
Nuestra visión del universo fue revolucionada en la década de 1920 cuando el astrónomo estadounidense Edwin Powell Hubble descubrió que los objetos difusos o en forma de espiral, que los astrónomos consideraban un tipo particular de nebulosas eran, de hecho, otras galaxias. Casi al mismo tiempo, Vesto Melvin Slipher descubrió que las galaxias se estaban expandiendo hacia afuera, alejándose unas de otras. Así, el universo demostró ser mucho más grande de lo que se pensaba anteriormente, y expandiéndose sin parar, lo que confirmó la teoría de De Sitter.
