Precyzyjne pomiary promieniowania tła są istotnym testem wszystkich modeli kosmologicznych. Zasadniczo promieniowanie tła wypełnia Wszechświat jednorodnie we wszystkich kierunkach. Jednak dokładniejsze pomiary, przeprowadzone po raz pierwszy przez satelitę COBE w 1992 roku, doprowadziły do odkrycia niewielkich anizotropii w rozkładzie tego promieniowania. Ich widmo mocy odzwierciedla sposób, w jaki mogły do obecnej chwili narosnąć niewielkie fluktuacje kwantowe obecne w rozkładzie materii w bardzo wczesnym Wszechświecie. Rozkład tych anizotropii jak dotąd najlepiej pasuje do modelu Wielkiego Wybuchu, aczkolwiek proponowane są również alternatywne wyjaśnienia. Według angielskiego fizyka Rogera Penrose’a niektóre z danych obserwacyjnych zebranych w ramach programu WMAP sugerują, że Wszechświat nie powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu, ale raczej wspierają mniej popularny tzw. model cyklicznego Wszechświata.
Anizotropie promieniowania tła dzielą się na pierwotne i wtórne. Te pierwsze powstały przed i w czasie emisji promieniowania z powierzchni ostatniego rozproszenia.