Den såkaldte kosmiske baggrundsstråling stammer fra ca. 300.000 år efter Big Bang og kan derfor direkte give os information om tilstanden i universet på dette tidspunkt. Universet var oprindelig så varmt, at der forekom en række kernereaktioner. Stoffet var selvsagt fuldstændigt ioniseret ved disse meget høje temperaturer på ca. en milliard grader.

En udvidelse medfører en afkøling, så temperaturen af det homogene medium bliver mindre og mindre i tidens løb. Det ioniserede stof er meget uigennemsigtigt eller sagt på anden måde: den frie middelvejlængde af fotonerne er lille, fordi de støder ind i frie elektroner og spredes ud i tilfældige retninger i stedet for at fortsætte i en uhindret bevægelse.

Efter 300.000 år er temperaturen faldet til ca. 3.000 K, og der dannes neutral hydrogen, idet protoner og elektroner rekombinerer. Denne fase kaldes derfor rekombinationsfasen. Rekombinationen har en dramatisk effekt, idet den neutrale gas er meget gennemsigtig, dvs fotonerne ikke længere bliver spredt eller absorberet. Med andre ord kan fotonerne nu uhindret bevæge sig igennem rummet, indtil enkelte af dem „fanges" af vore måleinstrumenter.

Da disse fotoner blev udsendt af stof i store afstande fra os, er de blevet stærkt rødforskudte som følge af universets udvidelse og ses typisk som stråling med bølgelængder omkring en millimeter, dvs som mikrobølgestråling. Stråling af den art udsendes fra legemer med en temperatur på ca. 3 K, dvs få grader over det absolutte nulpunkt. Det ser altså ud, som om himmelbaggrunden er et strålende legeme med en temperatur på ca. 3 K, selv om strålingen stammer fra rekombinationsfasen med en temperatur på ca. 3.000 K. Opdagerne – de to amerikanske fysikere Penzias og Wilson – fik senere Nobelprisen for bedriften.