美國天文學家斯萊弗早在1912～1917年期間用口徑60厘米的望遠鏡在洛韋爾天文台觀測天體時，出乎意料地發現，除了仙女座大星雲和另一個星係正奔向我們之外，在他研究的15個星係中有13個星係都在離開我們，因為這13個星係的光譜中都發現了紅移。這些星係退行的速度平均每秒達600多千米。
哈勃在幾年後用2.5米口徑的望遠鏡觀測天體，證明了許多星雲屬於銀河係以外的天體係統。在這之後，哈勃在1929年又發現了“哈勃定律”，這一定律的提出震驚了世界，並迅速為世人所熟知。
作為驗證宇宙膨脹工作的開始階段，“哈勃定律”所涉及的星係的數目、視向速度和距離都很有限，還必須做更多的觀測工作來進一步核實“哈勃定律”。哈勃與他的同事哈馬遜密切合作，開始了研究觀測工作。哈勃和哈馬遜於1931年聯名發表了一篇文章，這篇文章擴充了觀測資料，並進一步肯定了“哈勃定律”。
對於“哈勃定律”的含義以及星係都在退行的問題，人們一直都迷惑不解。星係愈遠退行速度愈快這一奇怪現象也讓科學家們難以理解。宇宙學家們回顧了曆史，並對自愛因斯坦相對論問世以來的這段時期進行了認真分析，終於找到了問題的答案。
人們注意到，荷蘭天文學家德西特早在1917年就證明了一項由愛因斯坦在1915年發表的廣義相對論得出的推論，即宇宙的某種基本結構可能正在膨脹，其膨脹速率恒定。
在弗裏德曼宇宙模型的基礎上，比利時天體物理學家勒梅特對哈勃觀測到的河外星係紅移作了解釋，認為紅移是宇宙爆炸的結果，因而得出了宇宙膨脹的結論。勒梅特對宇宙膨脹進行了詳細的研究，認為膨脹總是從一個特殊的端點開始的。於是，他進一步提出宇宙起源的設想，認為宇宙起源於一個“原初原子”。後來人們常常稱其為“宇宙蛋”。由於這個宇宙蛋很不穩定，結果在一場大爆炸中，宇宙蛋碎裂成無數碎片，逐漸演變成為千千萬萬個星係；最初這場宇宙大爆炸在100多億年後，就留下了現在的星係退行現象。
那時，勒梅特的這種宇宙膨脹理論還沒有經觀測證實，科學家們都非常吃驚和懷疑，並對他的理論不屑一顧。後來，英國著名的天文學家愛丁頓提請科學家們注意勒梅特的宇宙膨脹理論，並為此專門寫了一篇文章。直到這時，人們才開始關注勒梅特的理論。
1930年，根據勒梅特的“宇宙蛋”理論，愛丁頓開始對河外星係普遍退行進行解釋。他認為星係的退行是由於宇宙的膨脹效應，而“哈勃定律”的發現恰好揭示了宇宙正在膨脹，為人們理解宇宙膨脹效應提供了理論基礎。
宇宙膨脹現象的發現可以幫助我們弄清許多問題，比如“夜晚天空為什麼是黑的”。我們的宇宙和它所具有的恒星星係等都是有限的，由於這些有限的天體距離地球十分遙遠，它們發出的光線十分微弱，所以夜晚的天空是黑的。簡單地說，夜黑是宇宙膨脹造成的結果。