En l'actualitat, els astrònoms disposen de grans telescopis situats en observatoris astronòmics o a bord de satèl·lits i sondes espacials, mitjançant els quals observen i estudien l'Univers continuament. També tenen radiotelescopis que capten ones no lluminoses procedents d'altres galàxies. Aquests radiotelescopis són tan potents que han estat capaços d'enregistrar els ecos produïts per la gran explosió que va originar l'Univers. EI telescopi més avançat que gira al voltant de la Terra és el Hubble. Va ser transportat a l'espai pel transbordador espacial Shuttle el 1990. Té un telescopi que li permet de captar imatges amb un detall cinc vegades superior als telescopis terrestres

El Telescopi espacial Hubble està situat als límits exteriors de l'atmosfera, en una òrbita circular al voltant de la Terra a 593 quilòmetres sobre el nivell del mar, que triga a recórrer entre 96 i 97 minuts. Va ser posat en òrbita el 24 d'abril de 1990 com un projecte conjunt de la NASA i de l'ESA. El telescopi pot obtenir resolucions òptiques majors de 0,1 segon d'arc. Té un pes entorn de 11.000 quilos, és de forma cilíndrica i té una longitud de 13,2 m i un diàmetre màxim de 4,2 metres. El telescopi és reflector i disposa de dos miralls, tenint el principal 2,4 metres de diàmetre. Per a l'exploració del cel incorpora diversos espectròmetres i tres càmeres, una de camp estret per a fotografiar zones petites de l'espai (de lluentor feble per la seva llunyania), una altra de camp ample per a obtenir imatges de planetes i una tercera infraroja. Mitjançant dos panells solars genera electricitat que alimenta les càmeres, els quatre motors emprats per a orientar i estabilitzar el telescopi i l'equips de refrigeració de la càmera infraroja i l'espectròmetre que treballen a -180 ºC. Des del seu llançament, el telescopi ha rebut diverses visites dels astronautes per a corregir diversos errors de funcionament i instal·lar equip addicional. A causa del fregament amb l'atmosfera (molt tènue a aquesta altura), el telescopi va perdent altura molt lentament, guanyant velocitat, de manera que cada vegada que és visitat, el transbordador espacial ha d'empènyer-lo a una òrbita lleugerament més alta. L'avantatge de disposar d'un telescopi més enllà de l'atmosfera radica principalment que aquesta absorbeix certes longituds d'ona de la radiació electromagnètica que incideix sobre la Terra, especialment en l'infraroig el que enfosqueix les imatges obtingudes, disminuint la seva qualitat i limitant l'abast, o resolució, dels telescopis terrestres. A més, aquests es veuen afectats també per factors meteorològics (presència de núvols) i la contaminació lumínica ocasionada pels grans assentaments urbans, el que redueix les possibilitats d'ubicació de telescopis terrestres. Des que va ser posat en òrbita en 1990 per a eludir la distorsió de l'atmosfera - històricament, el problema de tots els telescopis terrestres -, el Hubble ha permès als científics veure l'Univers amb una claredat mai aconseguida. Amb les seves observacions, els astrònoms van confirmar l'existència dels forats negres, van aclarir idees sobre el naixement de l'Univers en una gran explosió, el Big Bang, ocorreguda fa uns 13.700 milions d'anys, i van revelar noves galàxies i sistemes en els racons més remots del cosmos. El Hubble també va ajudar els científics a establir que el sistema solar és molt més jove que l'Univers. En principi es va pensar portar el telescopi de tornada a la Terra cada cinc anys per a fer-li manteniment, i que a més hauria una missió de manteniment a l'espai en cada període. Posteriorment, veient les complicacions i riscos que involucrava fer regressar l'instrument a la Terra i tornar a llançar-lo, es va decidir que hi hauria una missió de manteniment a l'espai cada tres anys, quedant la primera d'elles programada per al desembre de 1993. Quan al poc temps d'haver estat llançat, es va descobrir que el Hubble patia d'una aberració òptica deguda a un error de construcció, els responsables van començar a contar els dies per a aquesta primera missió de manteniment, amb l'esperança que pogués corregir-se l'error en l'òptica. A partir de que en aquesta primera missió de manteniment es va instal·lar un sistema per a corregir l'òptica del telescopi, sacrificant per a això un instrument (el fotòmetre ràpid), el Hubble ha demostrat ser un instrument sense igual, capaç de fer observacions que repercuteixen contínuament en les nostres idees sobre l'Univers. El Hubble ha proporcionat imatges dramàtiques de la col·lisió del cometa Shoemaker-Levy 9 amb el planeta Júpiter al 1994, així com l'evidència de l'existència de planetes orbitant altres estrelles. Algunes de les observacions que han dut al model actual de l'univers en expansió es van obtenir amb aquest telescopi. La teoria que la majoria de les galàxies allotgen un forat negre en el seu nucli ha estat parcialment confirmada per nombroses observacions. Al desembre de 1995, el telescopi va fotografiar el camp profund del Hubble, una regió de la grandària d'una trenta milionèsima part de l'àrea del cel que conté diversos milers de galàxies. Una imatge similar de l'hemisferi sud va ser presa al 1998 apreciant-se notables similituds entre ambdues, el que ha reforçat el principi que postula que l'estructura de l'Univers és independent de la direcció en la qual es mira.

Imatge d'un anell a l'entorn d'una acumulació de galàxies que els astrònoms consideren la primera demostració de l'existència de matèria fosca a l'espai.