20世紀(jì)初,愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，描述了宇宙發(fā)展演變的歷史。在這一理論體系中，空間與時(shí)間融合成連續(xù)的統(tǒng)一體，而宇宙則可被描述為一個(gè)四維時(shí)空網(wǎng)格。
從這一觀點(diǎn)出發(fā)，宇宙膨脹并非是說(shuō)宇宙在擴(kuò)展自己的版圖，而是指時(shí)空網(wǎng)格本身在膨脹。在相對(duì)論問(wèn)世之前，牛頓物理學(xué)（認(rèn)為天體遵循著牛頓定律運(yùn)行的物理觀點(diǎn)）、空間和時(shí)間都是絕對(duì)的，在牛頓運(yùn)動(dòng)方程里,時(shí)間僅僅是一個(gè)參數(shù)而已。
同時(shí)，引力被看成為巨大天體之間的吸引力，而為什么會(huì)產(chǎn)生引力卻是一個(gè)謎。即使在許多實(shí)際情況中，廣義相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)方程都能被簡(jiǎn)化為牛頓運(yùn)動(dòng)方程，但兩者的物理概念卻是截然不同的。
在廣義相對(duì)論中，天體借助于引力賦予了時(shí)空網(wǎng)格一些獨(dú)特的性質(zhì)。引力使時(shí)空連續(xù)統(tǒng)一體彎曲，廣義相對(duì)論則將引力作用視為時(shí)空彎曲的表現(xiàn)形式。在引力的作用下，一些天體會(huì)從不太彎曲的時(shí)空“掉進(jìn)”更為彎曲的時(shí)空。
根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論方程，包含有物質(zhì)的時(shí)空無(wú)法保持靜止?fàn)顟B(tài)，必須不斷膨脹或收縮；星系并非在真正意義上相互遠(yuǎn)離，而是因?yàn)樗鼈兩硖幠骋还潭ǖ?、不斷膨脹的時(shí)空網(wǎng)格中，才給人相互遠(yuǎn)離的假象。
打個(gè)比方，在一個(gè)氣球表面畫(huà)上一些小黑點(diǎn)，然后將氣球吹脹。小黑點(diǎn)（代表星系）之間的距離將會(huì)變大，如果你居住在其中一個(gè)小黑點(diǎn)上，你就會(huì)認(rèn)為其他的小黑點(diǎn)正在離你遠(yuǎn)去。實(shí)際上，相對(duì)于氣球表面上的兩個(gè)坐標(biāo)（緯度和經(jīng)度）而言，小黑點(diǎn)仍處在原來(lái)的位置上，并未移動(dòng)，是氣球的不斷膨脹造成了這種錯(cuò)覺(jué)。
這里所提出的問(wèn)題，僅僅考慮四維空間的廣義相對(duì)論理論體系無(wú)法給出答案，因?yàn)檫@意味著時(shí)空之外還另有一個(gè)坐標(biāo)。由于時(shí)空與物質(zhì)緊密相連，因此“氣球”表面之外是不存在的——時(shí)空本身就包含了一切。
