Znajomość temperatury promieniowania reliktowego daje możliwość oszacowania, że masa pierwotnej materii to w około 75% 1H i 25% 4He, co zgadza się z występowaniem tych pierwiastków w obecnym Wszechświecie.
Historia badań Istnienie promieniowania wypełniającego jednorodnie cały Wszechświat i będącego pozostałością po Wielkim Wybuchu przewidział pod koniec lat 40. XX wieku George Gamow wraz z Ralphem Alpherem i Robertem Hermanem. Praca ta jednak nie zyskała rozgłosu i została zapomniana. Niezależnie, w latach 60. istnienie promieniowania reliktowego przewidzieli radziecki kosmolog Jakow Zeldowicz oraz Amerykanin Robert Dicke.
W 1965 roku amerykańscy astrofizycy Arno Allan Penzias i Robert Woodrow Wilson, podczas prób nowej anteny do odbioru o długości fali około 3 cm, wykryli istnienie fal docierających do anteny z każdego kierunku. Spostrzeżenie zostało potwierdzone w zakresie długości fal od 0,6 mm do 60 cm, a jego natężenie odpowiadało „promieniowaniu cieplnemu”, odpowiadającemu temperaturze 3 K.