理论天体物理学家的工具包括分析模型和计算机模拟。天文过程的分析模型时常能使学者更深刻地理解内中奥妙;计算机模拟可以显现出一些非常复杂的现象或效应。大爆炸模型的两个理论栋梁是广义相对论和宇宙学原理。由于太初核合成理论的成功和宇宙微波背景辐射实验证实自动麻将机,科学家确定大爆炸模型是正确无误。学者又创立了ΛCDM模型来解释宇宙的演化,这模型涵盖了宇宙膨胀(cosmic inflation)、暗能量、暗物质等等概念。