1965年，美国贝尔实验室的两位工程师彭齐亚斯和威尔逊在研究低噪声微波天线时，无意中发现了来自宇宙深处的一种微波背景辐射。这种辐射相当于绝对温度约为2.7度的黑体辐射，与观测方向无关（各向同性），即并非来自某个天体而是来自任何方向的无所不在的一种宇宙背景辐射。这一发现为现代标准宇宙学提供了重要证据，因而获得了1987年度的诺贝尔物理学奖金。
按照现代标准宇宙学，我们今天的宇宙约在一二百亿年以前从高温致密状态下脱胎出来。宇宙诞生后，不断地膨胀，温度下降，密度减小，经历了相当复杂的过程。起初引力场极强，能量集中在引力场中，然后转化而产生出粒子来。随着宇宙的膨胀，粒子能量逐步减小，宇宙历经粒子物理过程和原子核物理过程，变为由质子、氦核和电子组成的高温等离子体状态。当宇宙约经历40万年，温度下降到约绝对温度4000度时，质子和电子复合而成中性氢原子，氦核和两个电子复合而成中性氦原子，由带电粒子组成的等离子体就变成了中性原子气体。这就是宇宙的复合时代。
所谓辐射，就是电磁波，也就是光子气体。电磁场与带电粒子之间有很强的作用，而与中性原子之间却没有作用。因此，光子在等离子体内传播会频繁地与带电粒子发生碰撞，保持光子气体与等离子体之间的热平衡。这种光子气体便发出与等离子体同温度的黑体辐射。光子在中性原子气体内传播不会遭到碰撞。因此，复合时代以后，光子气体便不再碰撞，它们在宇宙空间内自由自在地走了一二百亿年，现今观测到的微波背景辐射便是这种光子气体。这是我们所能看到的最远处发来的辐射，是离我们一二百亿光年远处在复合时代等离子体中经最后一次碰撞的光子。这种辐射保持着最后碰撞时宇宙状态的信息。更远处（亦即复合时代以前）发出的光子，它们在传播路程上要频繁地碰撞，并不断失去复合前宇宙状态的信息。今天实际观测到的光子只能携带着最后一次碰撞处的宇宙信息而不是更早时期的信息。
为什么宇宙复合时代发出的4000度黑体辐射，我们今天观测时却变成了2.7度的微波辐射了呢？这是因为这种光子经历了一二百亿年的漫长岁月，这段时间内宇宙已经膨胀了1000多倍，一切尺度增大了1000多倍，电磁波的波长也相应地增长了1000多倍。因此，4000度的光学光波变成了2.7度的微波。
微波背景辐射最重要的特征是高度各向同性并且具有很好的黑体辐射谱。这正反映了复合时代宇宙的状态——均匀的热平衡等离子体。但是，苏联学者泽尔多维奇等人曾研究过宇宙中的各种过程，指出应当存在微小的非各向同性，如果测量灵敏度再提高一个量级，这种非各向同性（以及对黑体辐射谱的微小偏离）会不会被发现，这个问题至今仍是一个谜。
今天观测到的星系和星系团这样的非均匀分布，应当是由宇宙早期的微小非均匀性发展形成的。就是说，宇宙复合时代应当已经有一些微小的非均匀性。这种非均匀性会反映到微波背景辐射上来，表现出微小的非各向同性。再说，背景辐射光子在到达地球以前，要走过漫长的路程，经过许多星系和星系团这种非均匀分布的宇宙物质。不仅其非均匀分布的引力场会产生些影响，而且这些非均匀分布的物质本身（已经是高温电离的带电粒子）也或多或少会引起些散射。因此，背景辐射总会偏离完全各向同性，其谱也会偏离严格的黑体辐射谱形。重要的是，今天的观测技术已经接近于可以发现这种微小偏离的水平。揭开微波背景辐射是否完全各向同性（和其谱是否为纯黑体谱）这个谜，将会对星系如何形成等这样一些宇宙学的基本问题给出答案。