引力波是人类迄今对宇宙观测主要通过四种方式之一：电磁辐射、宇宙射线、中微子和引力波。2015年9月，advanced LIGO激光干涉仪实现了引力波的首次直接探测，开启了引力波观测宇宙的新窗口。5年前的今天，首例双中子星并合的引力波信号——GW170817被成功捕获，标志着多信使天文学进入新阶段。
在1916年，爱因斯坦在完成广义相对论引力场方程之后，随即预言了引力波。
但是同时也认为引力波的强度如此之小，或许人类永远无法探测到。在爱因斯坦之前，奥利弗·黑维赛和亨利·庞加莱都有讨论过引力波的存在的可能性。尽管爱因斯坦在20世纪初就预言了引力波，但是直到1957年在美国北卡罗来纳州的Chapel Hill会议上，科学家对于引力波的物理属性认识才逐渐清晰。
对于引力波研究，这是一个具有里程碑意义的会议，汇集了惠勒、费曼、施温格等著名物理学家，为期六天的会议深入探讨了引力物理的诸多问题，其中一个重要议题就是引力波是否具有实际物理效应，更为具体的一点就是引力波是否携带能量？
费曼提出了理想实验“粘珠实验”：“假定两个珠子能够在一根棒上自由滑动，但具有轻微的摩擦，当引力波经过该实验装置时，棒的长度由于材质间的原子作用力保持固定，而珠子受到引力波的作用在棒上摩擦滑动，从而产生热能”。这个理想实验解释了引力波携带能量的属性。
在会议之后，与会的约瑟夫·韦伯开展了引力波探测器的设计，他所设计的棒状探测器后来被称为Weber bars。
他将两个棒状探测器分别布置于马里兰大学和芝加哥附近的阿尔贡国家实验室，两个探测器相距约950 km用于排除局部环境噪声对探测器的影响。1969年，韦伯发表了一篇PRL文章宣布探测到了引力波信号，并在随后实验中探测到了多个源自银河系中心方向的引力波信号。之后有多个国际团组跟进同类实验，然而并未探测到同类信号，同时，理论天体物理学家的计算也对Weber的探测率进行了否定。
尽管此后学界已普遍不认为韦伯探测到了引力波信号，但作为探测引力波的先驱，让学界重新审视引力波探测的方法。
1974年，天文学家Russell A. Hulse和Joseph H. Taylor发现了脉冲双星系统PSR B1913+16，并通过脉冲观测发现了双星相互绕转过程中的轨道周期变化。
根据广义相对论，双星绕转将产生引力辐射，引力波带走系统能量将导致其绕转周期的缩短，连续观测结果与广义相对论的理论预言相互吻合。该观测从侧面证实了引力波的存在，也验证了引力波携带能量。Hulse和Taylor两人因发现新类型的脉冲星系统、开辟了研究引力的新途径而获得1993年的诺贝尔物理学奖。
20世纪60年代到70年代，激光干涉仪作为更具潜力的引力波探测装置，美国、前苏联、德国、英国、法国和意大利纷纷对其相关技术展开了广泛的研究，并形成了后来的多个激光干涉引力波探测器。目前包含两个臂长为4 km的激光干涉仪，分别位于美国的华盛顿州Hanford和路易斯安那州的Livingston，两个探测器相距3000 km。
1990年获得美国国家科学基金会支持，initial LIGO探测器到2002年完成建设、设备安装和工程调试，随后进行引力波信号搜寻工作，观测持续到2010年，但并未探测到引力波信号。在2010-2014年initial LIGO被升级到advanced LIGO，通过增加干涉仪光学镜质量、改进隔震系统和悬挂系统等，在2015年升级完成并开始运行，在观测初期实现引力波的首次直接探测。
2015年9月14日，advanced LIGO的两个探测器同时观测到一个引力波信号，信号由两个双黑洞并合所产生，其质量分别为36个太阳质量和29个太阳质量，距离地球大约410 Mpc，两者并合后形成一个62倍太阳质量的黑洞，其中有3个太阳质量的能量被引力波信号带走。得益于两个探测器相距3000 km，通过分析信号到达不同探测器的时间，可以得到波源的空间方位。
当两个探测器同时进行观测时，根据到达时间可以将其定位在一条条带上，条带的宽度正比于对到达时间测量的精确度。当有多个探测器同时进行观测时，则可以对波源进行准确定位，以便于进行后续的电磁对应体观测，这也是建立引力波探测器网络的一个重要目的。
2017年8月17日，LIGO和Virgo同时观测到一个源自于双中子星并合的引力波信号——GW170817。尽管当时的Virgo的灵敏度较差，但是依然能够协助LIGO进行波源空间定位。与此同时，并合发生1.7s后所产生的短伽马射线暴也被Fermi卫星上GBM所观测到，其他波段的电磁对应体也在后续的观测中被发现。GW170817的探测及其电磁对应体的观测标志着多信使天文学进入新阶段。
以LIGO为代表的地面激光干涉引力波探测器，致力于探测器10 Hz—1000 Hz频段的高频引力波，其代表性波源包括恒星级致密双星系统的并合、旋转中子星、超新星爆发，以及随机引力波信号等。其他波段的引力波探测也在积极开展。目前探测低频引力波的方案基于十万至百万公里的空间激光干涉仪，代表方案包括欧洲的LISA、中国的太极计划和天琴计划。
典型波源包括大质量黑洞并合、极端质量比旋近、恒星级致密双星的早期旋进和随机引力波信号。探测方案基于通过分析不同方向脉冲星的信号到达时间，构成脉冲星计时阵列来探测引力波。目前国际上的相关组织团队包括：北美的NANOGrav，欧洲的EPTA，澳洲的PPTA，中国的CPTA等。典型波源包括超大质量黑洞并合和随机引力波信号。
该频段的引力波可能产生于宇宙早期的各种物理过程，目前的通过观测宇宙微波背景辐射的偏振来进行探测，代表的观测实验包括南极的BICEP和中国西藏的阿里计划等。引力波作为人类认识宇宙的新窗口，未来多波段引力波的观测，以及多信使的观测，将极大推进我们对于宇宙中极端条件下的天体物理过程的理解。