“牛顿宇宙”是一个绝对的、精确的世界，所有物质、整个宇宙都由各种客观存在的粒子构成，不论过去、现在和未来，时间都以固定的速度流逝；因果关系就像上帝的戒律一样严格，绝无例外，未来可以完全由过去来预测。
牛顿宇宙学<blockquote>因为天体运动在很大尺度范围速度远小于真空中光速，牛顿力学亦能很好地说明宇宙图象。最后为定性半定量地联系个别近代宇宙学问题，会用到狭义相对论的少量知识，但全文均不考虑广义相对论效应。
在夏日晴朗的夜晚，抬头遥望天空，看到银河系中的星星分布得相当稀疏。据天文观察，类似银河得星系有许许多多，它们在宇宙太空中得分布也很稀疏。但在更大得空间范围内去统计星系物质的分布，却发现星系数密度和质量密度几乎是相同的。宇宙是如此巨大，上述大空间范围在宇观上竟可以近似处理为一个点！然而，事实确是如此。这样，在讨论宇宙学问题时，可以把宇宙空间处理为由这样的宇宙点构成的连续空间，宇宙中的物质也同样处理为连续分布。
一、宇宙运动学
宇宙运动学依据的一条原理，即为哥白尼原理：在宇宙中没有特殊位置，每一个位置的静止观察者朝任一个方向看到的宇观现象都是一样的。
由这一原理，可以得出宇宙的若干性质。
1.在宇宙中任一点观察，宇宙均为中心对称。
由于不存在特殊位置，亦不存在特殊方向，故宇宙有旋转对称性，即具有中心对称性。
2.同一时刻测量宇宙各点，密度均相等。
如图1所示，o处测量者测得o`处密度为ρ(r)，因宇宙相对o具有中心对称，因此ρ(r)＝ρ(r)
o`处测量者测得o处密度ρ(r`)也具有中心对称性质，ρ(r`)＝ρ(r`),
因宇宙中没有特殊位置，因此ρ(r)＝ρ(r`)，或者ρ(r)＝ρ(r`)
3.宇宙中任一点观察者对其它点地物质或者说质点进行测量，后者相对于前者地速度v与前者到后者地矢径r间满足关系式
v=αr
其中α是一个仅与时间有关地量。
首先由宇宙地中心对称可知，任何两点之间地相对速度v必定沿两点连线方向r，即有v=αr。如图2所示，取o、o`、p三点。p相对于o的速度记为v<sub>r</sub>，p相对于o'的速度记为v<sub>r'</sub>，o'相对于o的速度记为v<sub>e</sub>，相应的位矢也在图中示出。所有测量均在同一时刻实现，速度间满足经典叠加关系，即有
v<sub>r</sub>=v<sub>e</sub>+v<sub>r'</sub>
又由v=αr，可得v<sub>r</sub>=αrr，v<sub>r'</sub>=α<sub>r'</sub>r'，v<sub>e</sub>=α<sub>e</sub>r<sub>e</sub>
而由图中相似三角形关系，可得
即得α<sub>r</sub>＝α<sub>r'</sub>＝αe
可见对任一观察者，α为相同的量，此量与观察者的位置无关，与被观察者的位置无关，但可以与测量时刻t有关。
二、宇宙动力学
运动学所描述的是一个瞬时宇宙图景，为对动态宇宙有所了解，须从动力学方面考虑。
如图3所示，设t时刻距观察者o为r处的质点p具有速度v，应有v=α(t)r
在t=t<sub>0</sub>时刻有v<sub>0</sub>=α(t<sub>0</sub>)r<sub>0</sub>
引人参量h<sub>0</sub>=α(t<sub>0</sub>)
则有v<sub>0</sub>=h<sub>0</sub>r<sub>0</sub>
在以o为球心、r(t)为半径的球体内，取任意一点q，q相对o的位矢r'(t)<r(t)，速度为v'，则有v'=α(t)r'，v'<v，即在以后任意时刻q的速度恒小于p的速度，这表明q点永远不会运动到以o为球心、p点所在球面之外，据此可知，p点所在球面内的质量守恒。
再设t时刻宇宙各处密度为ρ(t)，t=t<sub>0</sub>时刻的密度记为ρ<sub>0</sub>。ρ(t)及p点到o点的距离r均会随t而变化，但有质量守恒可得ρr<sup>3</sup>=ρ<sub>0</sub>r<sup>3</sup>
由于宇宙物质相对o点具有球对称分布，以p所在球面为界，球面外物质对p的万有引力合力为零，球面内物质对p的万有引力相当于一个质量恒定的球体对外部质点的万有引力。据此，p质点的引力势能为e<sub>p</sub>=-gmm/r其中m为p的质量，m为球体总质量，r为o点到p点的距离，m可表述为m=4πr<sup>3</sup>ρ/3=4πr<sup>3</sup><sub>0</sub>ρ<sub>0</sub>/3
p质点的机械能为e=e<sub>k</sub>+e<sub>p</sub>=mv<sup>2</sup>/2-gmm/r=mv<sup>2</sup>/2-4πgmr<sup>3</sup><sub>0</sub>ρ<sub>0</sub>/(3r)
机械能守恒要求e=e<sub>0</sub>（常量）。引人一个新的常量k=2e<sub>0</sub>/mr<sub>0</sub><sup>2</sup>
则机械能守恒可表示为k=v<sup>2</sup>/r<sub>0</sub>2-8πr<sub>0</sub>ρ<sub>0</sub>/(3r)
由t=t<sub>0</sub>时，v=v<sub>0</sub>,v<sub>0</sub>=h<sub>0</sub>r<sub>0</sub>,r=r<sub>0</sub>,可得k=h<sub>0</sub><sup>2</sup>-8πgρ<sub>0</sub>/3
因为宇宙再同一时刻各点由相同的h<sub>0</sub>和ρ<sub>0</sub>，且在任何时刻上述能量守恒式的成立，故对宇宙内任何一点，k为相同的常量，且此常量不会随t而变化。
引入宇宙普适常量k后，借助于前面给出的k-v关系式，可以将p相对o的速度表述为
此式对任选的o、p点均成立。v取正时表示v沿r的正方向，v取负时表示v沿r的负方向。下面分三种情况进行讨论。
1.k>0
对应机械能e<sub>0</sub>>0。若初态v>0，则r将一直增至无穷大；若初态v<0，开始时r减小，宇宙收缩到一点后，r将沿反方向增大，直至无穷。这样的宇宙，是一个无限膨胀的宇宙。
2.k<0
对应机械能e<sub>0</sub><0。为使v表述式中的根号内不出现负值，要求r≤r<sub>max</sub>=-8πgρ<sub>0</sub>r<sub>0</sub>/3k
当r＝r<sub>max</sub>时，v=0，即r将在r<sub>max</sub>和-r<sub>max</sub>之间往返振荡。这样的宇宙是一个振荡的宇宙。
3.k=0
对应机械能e<sub>0</sub>＝0。此时可解得h<sub>0</sub><sup>2</sup>=8πgρ0/3
在牛顿宇宙学中，这一解与k>0(即e<sub>0</sub>>0）的解本质上一致。或者一开始就是膨胀（对应v>0），便膨胀到无穷远；或者一开始为收缩（对应v<0），收缩到一点后反向膨胀到无穷远。两者的区别仅在于k>0（即e<sub>0</sub>>0）时，膨胀到无穷远，速度也不会减小到零，而当k=0（即e<sub>0</sub>=0）时，膨胀到无穷远，速度会减小到零。
取正向膨胀，即取
且将r=0的时刻作为计时起点t=0，则由上式可解得r随t的变化关系为
r=r<sub>0</sub>的时刻t<sub>0</sub>与h<sub>0</sub>的关系为t<sub>0</sub>=2/3h<sub>0</sub>
t<sub>0</sub>时刻是随意取的h0=α(t<sub>0</sub>)是与t<sub>0</sub>相应的量，因此任意时刻t均对应有t=2/3h,h=α(t)
现代宇宙大爆炸理论认为，宇宙初态是全部物质浓缩在相当小的区域（可简单说成是一个奇点）中，该时刻为宇宙起源时刻，即为绝对的t=0时刻，与牛顿宇宙学不同的是这里不存在比t＝0更早的时刻。而后宇宙急剧膨胀，即所谓爆炸，t时刻与观察者相距r处宇宙物质，相对观察者径向远离的速度为v=hr,这一现象首先由哈勃通过天文观察得出，故称h为哈勃常数。
从宇宙诞生到t<sub>0</sub>时刻，物质最远只能运动到r<sub>0</sub>=ct<sub>0</sub>=2c/3h<sub>0</sub>的距离，这是因为狭义相对论知识告诉我们，任何物质的运动速度均不可能超过真空光速。在宇宙学中，称r<sub>0</sub>为t<sub>0</sub>时刻的哈勃半径，这也是天文上能观察到的最大半径。估算可知宇宙年龄大约80亿年。
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