直到20世紀90年代末，我們才發現宇宙中還蘊含著巨大的能量，這就是暗能量。時至今日，天文學家仍然不知道暗能量是什麽。就質能而言，宇宙中只有5%是由我們熟知的東西組成：質子、中子、電子、光子、中微子、黑洞，甚至引力波。其余27%是暗物質，宇宙中質能占比最多的是暗能量，達到了68%。
暗能量的發現
通過測量河外星系中的Ia型超新星的距離和紅移，天文學家發現，宇宙不可能僅僅由物質和輻射組成，而是需要一種新的能量形式來改變我們宇宙的命運。20多年過去了，暗能量仍然是宇宙中最大的未解之謎。
爲了知道宇宙是由什麽組成的，天文學家測量了宇宙中各種不同星系的距離和紅移。通過測量星系光線的紅移值，可以知道它們的運動速度，以及光線離開星系到達地球這段時間內，宇宙空間膨脹了多少。另一方面，通過測量遙遠星系的視亮度和視直徑，結合已知星系的實際亮度、直徑和距離，可以測出目標星系的距離。
當天文學家結合所有的觀測結果，包括超新星、大尺度結構、宇宙微波背景的漲落等等，這些證據都指向一個相同的宇宙圖景：5%的普通物質、27%的暗物質和68%的暗能量。
從理論角度來看，我們理解這些觀測結果的方式是非常直接的。在最大的宇宙尺度上，宇宙在所有的方向和位置都是一樣的。我們實際可以觀測到的宇宙體積可達4億億億億立方光年。在超過幾十億立方光年的範圍內，宇宙事物的一致性達到了99.99%。
宇宙學標准模型
當宇宙在所有方向和位置上表現得似乎都一樣時，我們可以從廣義相對論中推導出一個關于宇宙運轉的精確解：
左邊是膨脹/收縮因子，右邊是所有物質和能量項。這些是控制膨脹宇宙的規則，通過測量速率隨時間的變化，可以確定宇宙中有什麽，有多少，以及它們如何運轉。
結合觀測數據，從宇宙學標准模型中可以推導出如下的參數：
- 宇宙目前的膨脹速率爲67至74 km/s/Mpc；
- 驅動宇宙膨脹的是占宇宙質能總量68%的暗能量；
- 宇宙在空間上是平坦的；
- 另外32%的宇宙質能主要以物質的形式存在，包括都能産生引力作用的普通物質和暗物質；
- 自從宇宙大爆炸以來，宇宙誕生至今已經過去了138億年。
特殊的暗能量
宇宙中的大部分能量不僅是看不見的，而且它們的形態完全不同于物質。物質通常聚集在一起，因爲物質之間存在引力作用。當足夠多的物質聚集在一起時，它們可以克服空間膨脹，形成恒星、星系和星系群。在物質主導的宇宙中，隨著時間的推移，結構變得越來越大，越來越複雜，越來越像網絡。
然而，在一個存在大量暗能量的宇宙中，這個網絡的規模和複雜性將是有限的。根據目前的觀測結果，暗能量表現爲它們是空間結構本身固有的一種能量形式。隨著宇宙的膨脹，體積逐漸增大，物質密度、輻射密度以及能量都會逐漸降低，但暗能量的能量密度始終保持不變。數十億年後，物質和輻射的密度都會下降到暗能量密度以下，導致宇宙膨脹速度進一步加快。
天文學家觀測了大量的Ia型超新星，較好地測量了宇宙網絡在早期、中期和晚期的演化過程，並從宇宙微波背景的波動和極化中提取了更多的細節，這讓我們能夠間接地了解暗能量。結果表明，暗能量表現爲一個宇宙常數，這意味著它是空間本身固有的一種能量形式。暗能量也可以表現爲一種更複雜的形式：作爲能量的一般形式，它們有自己獨特的狀態方程。
暗能量的狀態方程
天文學家描述暗能量的方式是通過一個參數：w，即狀態方程。在物理學中，w把任何形式能量的能量密度與其壓力聯系起來。對于速度相對于光速可以忽略不計的物質而言，w=0，這意味著正常物質和暗物質都沒有壓力效應。另一方面，輻射會産生正壓力：w=+1/3，這種正壓力會導致宇宙膨脹速率隨時間而降低。
對于暗能量，w=-1，這意味著暗能量會産生負壓力。
廣義相對論中的宇宙常數很有趣，因爲它是除了宇宙中發現的物質和能量之外，唯一可以添加到愛因斯坦方程（或者從中推導出的弗裏德曼方程）中的能量形式。它也出現在量子場論中，作爲真空本身固有的能量。如果能夠計算宇宙中所有粒子和場的貢獻，以及它們如何應用于真空空間本身，我們在理論上可以得到空間本身的零點能量數值，也就是宇宙常數。
然而，計算所得到的結果太大了，比觀測值大了120個數量級，這錯得離譜。因此，暗能量需要通過一種不同的機制來解釋。
暗能量的合理解釋
有些物理學家放棄廣義相對論，轉而修正引力理論，這樣就可以引入一些新的自由參數來解釋暗能量，而不是局限于廣義相對論中的宇宙常數。或者可以給宇宙引入一個新的場，它以多種可能的方式來耦合各種力或相互作用。
還有些物理學家建立一個模型，在暴脹階段（發生于宇宙誕生的極早期）存在的條件與今天的暗能量有關。或者可以引入一個新的假設，它會帶來不同于我們通常預期的宇宙效應。任何能夠提供與宇宙常數大不相同觀測值的模型都可以進行檢驗。
然而，每一個觀測證據都表明暗能量和宇宙常數沒有什麽不同，暗能量表現爲它們是空間結構本身固有的一種能量形式。爲什麽真空空間會有這樣的性質呢？爲什麽宇宙結構的零點能量是一個正的非零值呢？爲什麽暗能量會表現出我們所觀測到的行爲呢？在量子真空理論取得突破之前，暗能量仍將是宇宙中最大的未解之謎。