在粒子物理学领域中，科学家研究构成万物的最小物质单元的性质以及它们之间的相互作用。而物理学的另一分支——天体物理学——则专注于创造和检验描述在浩瀚宇宙中发生一切的理论。粒子物理学和天体物理学家看似关注的是两个不同极端的现象，但从事这两个领域的科学家实际上需要互相依赖。有许多最前沿的研究都连接了这两者。
粒子物理学家和天体物理学家都在追问早期的宇宙是如何成长演化的。Eva Silverstein是斯坦福大学的物理学教授，她总是在办公室计算着宇宙早期经历的一次急速膨胀的数学细节，这个快速成长的时期被称为宇宙暴涨。Silverstein表示：“对我而言，这是个非常有意思的课题，因为你可以理解宇宙中结构的起源。暴胀理论是物理学家能够想象的到的解释结构起源的最简单和漂亮的模型。”
宇宙早期经历了一次指数式的膨胀，被称为宇宙暴胀。科学家认为在大爆炸之后，宇宙逐渐冷却，粒子开始结合形成氢原子。这个过程会释放之前被困住的光子——即组成光的基本粒子。那些光的余晖即所谓的微波背景辐射，今天仍遍布宇宙。科学家通过测量微波背景辐射的不同性质来研究大爆炸后的瞬间究竟发生了什么。
根据现有的模型，在亚原子尺度首先形成的模式最终成为了整个宇宙结构的基础。那些拥有密集亚原子粒子的区域会吸引越来越多的物质。随着宇宙逐渐成长，这些密集的区域会形成星系和星系团。从极小成长为极大。但科学家研究微波背景辐射不仅仅只是为了研究宇宙是如何成长的，他们想要知道的更多，比如寻找暗物质、暗能量和中微子质量的蛛丝马迹。
粒子物理学家和天体物理学家都在思考暗物质和暗能量。
天体物理学家想知道的是——是什么构成了早期的宇宙，又是什么组成了现在的宇宙。粒子物理学家想知道的是——宇宙中是否还有未发现的粒子和力在等待我们去寻找。SLAC理论物理学教授Michael Peskin说：“暗物质在组成宇宙的物质中占的比重很大，但在粒子物理学的标准模型中，还没有已知具备暗物质性质的粒子。暗物质间的相互作用非常弱，它们质量大、移动缓慢，在整个宇宙寿命期间里都相当稳定。”
暗物质存在的证据可通过其对星系和星系群里普通物质的引力效应体现。这些观测的结果表明，宇宙大约由4.9％的普通物质、26.8％的暗物质和68.3％的暗能量构成。但到目前为止，科学家仍未能直接观测到暗能量与暗物质。
粒子物理学家与天体物理学家还有一个共同的兴趣，就是对引力的研究。对粒子物理学家而言，引力是标准模型无法很好解释的一个自然界中的基本力。天体物理学家想要了解的是引力在宇宙的形成中扮演的角色。
在标准模型中，每一种力都具有所谓的载力粒子或玻色子，如电磁力中的光子，强力中的胶子，弱力中的W和Z玻色子。当粒子通过力相互作用时，它们就会交换这些载力粒子，转移少量被称为量子的信息，科学家通过量子力学来描述这些作用。
广义相对论解释了引力在大尺度上是如何作用的：地球会吸引我们的身体，行星物体间会相互牵引。但引力是如何通过量子粒子进行作用的仍是一个谜题。发现一种传递引力的亚原子载力粒子将有助于解释引力在微观尺度上的运作，并且启发物理学家发展出将广义相对论和量子力学结合的量子引力理论。
更多地了解引力可以告知我们更多与黑暗的宇宙相关的信息，这也可能揭示宇宙最初的结构是如何形成的新见解。Peskin表示，科学家正试图为粒子物理学与早期宇宙之间画上“闭环”。随着科学家进一步探索太空、回溯到更久远的过去，他们可以更多地了解在高能量下的物理规律，同时这也使我们更深入的理解构成世间万物的最小成分。