外层空间，通常简称为太空，是指存在于地球及其大气层之外以及天体之间的广阔空间。外层空间并非完全空无一物——它是一个近乎完美的真空，其中包含低密度粒子，主要是氢和氦等离子体，以及电磁辐射、磁场、中微子、尘埃和宇宙射线。外层空间的基线温度，由来自大爆炸的背景辐射为2.7开尔文（?°C；?°F）。星系之间的等离子体被认为约占宇宙中重子（普通）物质的一半，其数量密度小于每立方米一个氢原子，温度为数百万开尔文。物质的局部浓度已经凝结成恒星和星系。研究表明，大多数星系中90%的质量都处于一种未知的形式，称为暗物质，它通过引力与其他物质相互作用但不是电磁力。观测表明，可观测宇宙中的大部分质能是暗能量，这是一种人们知之甚少的真空能量。?星际空间占据了宇宙的大部分体积，但即使是星系和恒星系统也几乎完全由真空组成。
外层空间并不是从地球表面以上的某个特定高度开始的。Kármán线，海拔公里（62英里），?通常用作太空条约和航空航天记录保存的外层空间起点。年10月10日生效的《外层空间条约》确立了国际空间法的框架。该条约排除了任何国家主权主张，并允许所有国家自由探索外层空间。尽管联合国起草了和平利用外层空间的决议，但反卫星武器已经在地球轨道上进行了测试。
随着高空气球飞行的出现，人类在20世纪开始了对太空的物理探索。随后是载人火箭飞行，然后是载人地球轨道飞行，首先由苏联的尤里·加加林(YuriGagarin)于年实现。由于进入太空的成本高昂，载人航天飞行仅限于低地球轨道和月球。另一方面，无人驾驶的航天器已经到达了太阳系中所有已知的行星。
由于真空和辐射的危害，外层空间对人类探索来说是一个充满挑战的环境。微重力对人体生理也有负面影响，会导致肌肉萎缩和骨质流失。除了这些健康和环境问题，将包括人类在内的物体送入太空的经济成本非常高。
整个宇宙的大小是未知的，它的范围可能是无限的。根据大爆炸理论，大约在亿年前极早期的宇宙是一个极热和致密的状态，并迅速膨胀。大约,年后，宇宙已经冷却到足以让质子和电子结合并形成氢——即所谓的重组时代。当这种情况发生时，物质和能量就会分离，从而使光子能够在不断扩大的空间中自由传播。最初膨胀后残留的物质经历了引力坍缩，形成了恒星、星系和其他天体，留下了形成现在所谓的外层空间的深真空。由于光速有限，该理论也限制了直接可观测宇宙的大小。
当今宇宙的形状是通过使用威尔金森微波各向异性探测器等卫星测量宇宙微波背景而确定的。这些观察结果表明，可观测宇宙的空间几何是“平坦的”，这意味着在一点平行路径上的光子在穿过空间到达可观测宇宙的极限时保持平行，除了局部引力。平坦的宇宙，结合测量到的宇宙质量密度和宇宙的加速膨胀，表明空间具有非零的真空能量，称为暗能量。
据估计，当今宇宙的平均能量密度相当于每立方米5.9个质子，包括暗能量、暗物质和重子物质（由原子组成的普通物质）。原子仅占总能量密度的4.6%，即每四立方米一个质子的密度。宇宙的密度显然不均匀；它的范围从星系中相对高的密度——包括星系内结构中非常高的密度，如行星、恒星和黑洞——到密度低得多的巨大空洞中的条件，至少在可见物质方面是这样。与物质和暗物质不同，暗能量似乎并不集中在星系中：虽然暗能量可能占宇宙中质能的大部分，但暗能量的影响比物质和引力的影响小5个数量级银河系中的暗物质。