在此期间，宇宙仍然太热，物质不能形成中性原子。所以当时的宇宙是一团炙热、致密的雾状等离子体，由带负电荷的电子、中性中微子和带正电荷的原子核组成的。大约37.7万年后，宇宙已经冷却到足以使电子和原子核形成第一个稳定的原子。由于历史原因，这个过程被称为复合，但实际上却是电子和原子核是第一次结合。与等离子体不同，中性原子对许多波长的光是透明的，所以宇宙也第一次变得透明。当原子形成时，光子被释放，这些光子形成了当前仍然可以观测到的宇宙微波背景。
随着宇宙的膨胀，光子的能量会因波长变长而降低，因此电磁辐射的能量密度比物质的能量密度下降得更快。大约在年之后，物质的能量密度变得大于光子和中微子，并开始主宰宇宙的大尺度行为。这标志着辐射主导时期的结束和物质主导时期的开始。
在宇宙的最初阶段，宇宙密度的微小波动导致暗物质的聚集逐渐形成。普通物质被暗物质引力吸引，形成了巨大的气体云，最终形成了恒星和星系，暗物质在大尺度纤维状结构中最密集，在宇宙空洞中最稀疏。大约1亿到3亿年后，被称为星族III的第一代恒星形成。这批恒星可能不含金属，质量体积非常大，发光亮度非常高，但寿命却非常短。第一代恒星导致了宇宙在2-5亿到10亿年之间逐渐再电离，并通过恒星核合成作用产生比氦重的元素，并将其撒布到宇宙中。宇宙还含有一种神秘的能量称为暗能量，其密度不会随时间而变化。大约98亿年后，宇宙已经膨胀到使物质的密度小于暗能量的密度，标志着当前暗能量主导的时期的开始。在这个时期，暗能量导致宇宙的膨胀不断加速。
在四个基本相互作用中，引力在天文尺度中占主导地位。引力效应是累积的，相比之下，正电荷和负电荷的影响往往彼此抵消，使得电磁力在天文尺度上相对微不足道。其余两种相互作用，弱和强核力量，随距离下降非常快，其影响主要局限在亚原子尺度上。
似乎宇宙中的物质比反物质更多，这是一种可能与cp破坏有关的不对称。物质和反物质之间的这种不平衡是造成当前所有物质存在的部分原因，因为如果在大爆炸产生同样多的物质和反物质，就会发生相互作用完全湮灭彼此，只留下光子。宇宙似乎也既没有净动量，也没有角动量，如果宇宙是有限的，则遵循公认的物理定律。这些定律是高斯定律和非散度压力-能量-动量赝张量。
宇宙的大小有点难以定义。根据广义相对论，由于光速有限和空间不断膨胀，即使在宇宙的生命周期内，遥远的空间区域也可能永远不会与地球附近的空间相互作用。例如，空间的膨胀速度可能快于穿过它的光速，即使宇宙永远存在，从地球发送的无线电信息可能永远不会到达空间的一些区域。