來自宇宙空間背景上的高度各向同性的微波電磁輻射。又稱宇宙微波背景。20世紀60年代初，美國科學傢A.彭齊亞斯和R.W.威耳孫為瞭改進衛星通信，建立瞭高靈敏度的號角式接收天線系統。1964年，他們用它測量銀暈氣體射電強度時，發現總有消除不掉的背景雜訊，認為這些來自宇宙各個方向的微波雜訊相當於溫度3.5K的物體在波長7.35釐米的輻射，1965年又訂正為3K，並將這一發現公之於世。由於後來進一步地觀測證實，這種輻射正是20世紀40年代代G.伽莫夫等預言的宇宙誕生時大爆炸火球留下的遺跡。他們的這一發現被認為是20世紀20年代E.P.哈勃發現宇宙膨脹以來宇宙學方面最重要的觀測成就。他們為此而榮獲1978年諾貝爾物理學獎。
測量 微波背景輻射的最重要特征是具有黑體輻射譜，在0.3～75厘米波段，可在地面上直接測到；在大於100厘米的射電波段，銀河系本身的超高頻輻射掩蓋瞭來自河外空間的輻射，因而不能直接測到；在小於0.3厘米波段，由於地球大氣輻射的幹擾，要依靠氣球、火箭或衛星等空間探測手段才能測到。1989年升空的宇宙背景探索者（COBE）衛星從0.05厘米直到數十厘米波段內的測量表明，背景輻射是溫度2.725±0.002K的黑體輻射，強度峰值對應的波長約0.2厘米，與普朗克譜的偏離僅為百萬分之五十，習慣稱為3K背景輻射（見圖）。能譜的性質表明，微波背景輻射是極大的時空范圍內的事件。因為隻有通過輻射與物質之間的相互作用，才能形成黑體譜。由於現今宇宙空間的物質密度極低，輻射與物質的相互作用極小，所以今天觀測到的黑體譜必定起源於很久以前，即大爆炸後約30萬年，溫度降到約低於太陽表面的6 000K，物質尚處於等離子體狀態，與輻射相互作用很強的宇宙早期。所以微波背景輻射應具有比最遙遠星系所能提供的更為古老的信息。
COBE衛星觀測到的微波背景輻射
微波背景輻射的另一特征是具有極高度的各向同性。沿天球各個不同方向輻射溫度的漲落小於0.1％。這種漲落主要來源於太陽系相對於微波背景每秒約370千米運動引起的多普勒效應T(θ)＝T0(1+v/ccosθ)，式中T為溫度，v為太陽系相對於微波背景的運動速度，c為光速，θ為天球上任一方向與該運動方向的夾角。在扣除這種具有偶極特征的各向異性成分之後，輻射溫度的漲落小於0.004％。這種高度各向同性說明，在各個不同方向上，在各個相距非常遙遠的天區之間，應當存在過相互聯系。這也為宇宙在大尺度上均勻各向同性的宇宙學原理提供瞭有力的觀測支持。
意義 扣除偶極各向異性成分之後，宇宙微波背景的本征起伏來源於大爆炸瞬間的量子漲落，它引起的普通物質密度漲落在電子與原子核復合以前像聲波那樣傳播，在復合以後由於引力不穩定性繼續增長，形成星系、星系團等不均勻的結構。與之相關的輻射漲落反映在復合時期溫度分佈的角功率譜上，表現為一系列波峰與波谷，這些峰谷的位置和振幅與十分重要的宇宙學參數（如哈勃常數H0，宇宙年齡t0，密度參數Ω，宇宙學常數Λ等）密切相關。2001年美國國傢航空航天局發射的微波各向異性探測衛星（WMAP），由於其角分辨率比COBE有量級的提高（從7°左右提高到0.2°左右），經過一年的運行，獲得瞭角功率譜上百個點的準確數據，從而把估計宇宙學參數的精度提高到優於10％。此外，還首次測到微波背景輻射的偏振，把第一批恒星和星系形成的時代推到大爆炸後約2億年。歐洲空間局將於2007年發射的普朗克衛星靈敏度更高（百萬分之二），角分辨率更高（優於0.1°），除可望把測定宇宙學參數的精度提高到優於1％以外，還可對一些流行的宇宙學模型提供嚴格的檢驗。普朗克衛星以後的下一代微波背景衛星甚至有可能探測到宇宙大爆炸時產生的原初引力波的影響，從而闡明早期宇宙中遠超出地球上加速器所能達到的能量下發生的物理過程。