宇宙在物理意義上被定義為所有的空間和時間（統稱為時空）及其內涵，包括各種形式的所有能量，如電磁輻射、普通物質、暗物質、暗能量等，其中普通物質包括行星、衛星、恆星、星系、星系團和星系間物質等。宇宙還包括影響物質和能量的物理定律，如守恆定律、經典力學、相對論等。
宇宙的起源與時空和物質的起源緊密相關，大爆炸理論是關於宇宙演化的現代宇宙學描述，估計空間和時間在大約137.99±0.21億年前的大爆炸後一同出現，隨著宇宙膨脹，最初存在的能量和物質變得不那麼密集。
宇宙的基本特點是由各種形態的物質構成，在不斷運動和發展變化中。宇宙的空間幾何形態只取決於兩個因素——密度和膨脹率，宇宙的密度指的是在給定體積的空間中，所有這些組分的質量（質能）有多少。如果宇宙的密度大到足以使其引力克服加速膨脹的力量，那麼宇宙就會捲曲成一個球體；如果宇宙的密度低到無法阻止膨脹，空間就會向反方向彎曲，形成一個具有類似馬鞍結構的開放宇宙；如果宇宙的密度恰到好處（相當於每1.3立方米約有6個質子），而且宇宙各向同性膨脹，那麼宇宙就是平直的。
此外，根據廣義相對論，空間本身是可以彎曲的，這允許宇宙有三種形狀：平坦如紙，閉合如球，或展開如鞍。宇宙的最終命運——是會永遠膨脹還是最終坍縮，是有限的還是無限的——這些問題都與空間幾何息息相關。