Kromě výše zmíněných malých výkyvů (jedna část ze 100 000) vykazuje pozorované záření kosmického mikrovlnného pozadí vysoký stupeň izotropie , skutečnost nulového řádu, která představuje spokojenost i obtížnost komplexní teorie. Na jedné straně poskytuje silné ospravedlnění předpokladu homogenity a izotropie, který je společný pro většinu kosmologických modelů. Na druhou stranu je taková homogenita a izotropie obtížně vysvětlitelná z důvodu problému „světelného horizontu“. V kontextu kosmického mikrovlnného pozadí lze problém vyjádřit následovně. Zvažte záření pozadí přicházející k pozorovateli z jakéhokoli dvě protilehlé strany oblohy. Je zřejmé, že bez ohledu na to, jaké jsou konečné zdroje (horká plazma) tohoto záření, fotony, pohybující se rychlostí světla od jejich emise plazmou, měly čas dostat se nyní jen na Zemi. jedna strana oblohy nemohla mít čas na „komunikaci“ s hmotou na druhé straně (jsou za světelným horizontem toho druhého), tak jak je možné (s ohledem na pozorovatele v pravém rámu odpočinku), že „vědí“, že mají stejnou teplotu s přesností blížící se jedné části ze 100 000? Co vysvětluje vysoký stupeň úhlové izotropie kosmického mikrovlnného pozadí?

Mechanismus zvaný „inflace“ nabízí atraktivní způsob z tohoto dilematu . Základní myšlenka je, že při vysokých energiích je hmota lépe popsána poli než klasickými prostředky. Příspěvek pole k hustotě energie (a tedy hustotě hmoty) a tlaku ve vakuu nemusí být v minulosti nulový, i když je tomu dnes. V době superunifikace (Planckova éra, 10–43 sekund) nebo velkého sjednocení (éra GUT, 10–35 sekund) mohl nejnižší energetický stav pro toto pole odpovídat „falešnému vakuu“ s kombinací hmotnosti hustota a podtlak, které gravitačně vedou k velké odpudivé síle. V souvislosti s Einsteinovou teorií obecné relativity lze falešné vakuum považovat za alternativu, která přispívá kosmologickou konstantou asi 10 100krát větší, než je dnes možné. síla způsobí, že se vesmír exponenciálně nafoukne, zdvojnásobí svou velikost zhruba jednou za 10–43 nebo 10–35 s. Po nejméně 85 zdvojnásobeních by teplota, která začala na 1032 nebo 1028 K, klesla na velmi nízké hodnoty téměř absolutní nula.

Inflace poskytuje mechanismus pro pochopení celkové izotropie kosmického mikrovlnného pozadí, protože hmota a záření celého pozorovatelného vesmíru byly v dobrém tepelném kontaktu (w v horizontu kosmických událostí) před inflací, a proto získal stejné termodynamické vlastnosti. Rychlá inflace přenášela různé části mimo jejich jednotlivé horizonty událostí. Když inflace skončila a vesmír se znovu zahřál a obnovil normální expanzi, tyto různé části se přirozeným plynutím času znovu objevily na našem horizontu. Díky pozorované izotropii kosmického mikrovlnného pozadí je možné odvodit, že mají stále stejné teploty.

Vzhledem k naměřené teplotě záření 2,735 K je možné ukázat, že hustota energie kosmického mikrovlnného pozadí je asi 1 000krát menší než průměrná hustota zbytkové energie běžné hmoty ve vesmíru. Současný vesmír je tedy ovládán hmotou. Pokud se člověk vrátí zpět v čase na rudý posuv z, průměrná početní hustota částic a fotonů byla větší o stejný faktor (1 + z) 3, protože vesmír byl tímto faktorem více stlačen a poměr těchto dvou čísel by měl udržoval svoji aktuální hodnotu asi jednoho vodíkového jádra neboli protonu na každých 109 fotonů. Vlnová délka každého fotonu však byla v minulosti o faktor 1 + z kratší než nyní; hustota energie záření se tedy zvyšuje o jeden faktor 1 + z rychleji než hustota zbytkové energie hmoty. Hustota energie záření se tedy stává srovnatelnou s hustotou energie obyčejné hmoty při rudém posunu asi 1 000. Při rudých posunech větších než 10 000 by radiace dominovala i nad temnou hmotou vesmíru. Mezi těmito dvěma hodnotami by se při rekombinaci vodíku při červeném posunu asi 1090 záření oddělilo od hmoty.Není možné použít fotony k pozorování větších červených posunů, než je tato, protože kosmická plazma je při teplotách nad 4 000 K v podstatě neprůhledná před rekombinací. Tyto fotony s červeným posunem 1090 tvoří kosmické mikrovlnné pozadí.

Frank H. Shu