Dù lĩnh vực khoa học thiên văn đã có bước phát triển lớn trong việc tìm hiểu bản chất vũ trụ và nội dung của nó, vẫn còn một số vấn đề chưa được giải quyết. Những câu trả lời cho chúng có thể đòi hỏi những công cụ mới trên mặt đất và trong không gian, và có thể những phát triển mới trong vật lý lý thuyết và thực nghiệm.

• Cái gì là nguồn gốc của quang phổ khối lượng sao? Có nghĩa, tại sao các nhà thiên văn quan sát cùng sự phân bố các khối lượng sao chức năng khối lượng ban đầu rõ ràng không quan tâm tới các điều kiện ban đầu?[68] Cần có một sự hiểu biết sâu hơn về sự thành tạo sao và hành tinh.
• Có sự sống trong vũ trụ không? Đặc biệt, có sự sống thông minh khác không? Nếu có, đâu là sự giải thích cho nghịch lý Fermi? Sự tồn tại của sự sống ở một nơi nào đó có những hàm ý khoa học và triết học quan trọng.[69][70]
• Đâu là bản chất của vật chất tối và năng lượng tối? Chúng thống trị sự tiến hoá và số phận vũ trụ, quả thực chúng ta vẫn chưa chắc chắn về các bản chất thực của chúng.[71]
• Tại sao những hằng số vật lý lại hài hoà như vậy tới mức chúng cho phép sự tồn tại của sự sống? Chúng có thể là kết quả của sự lựa chọn tự nhiên của vũ trụ không? Cái gì gây ra lạm phát vũ trụ đã tạo ra vũ trụ đồng nhất của chúng ta?
• Đâu là số phận cuối cùng của vũ trụ?[72]