就在大爆炸时,宇宙体积被认为是零,所以是无限热。但是,辐射的温度随着宇宙的膨胀而降低。大爆炸后的1秒钟,温度降低到约为100亿度,这大约是太阳中心温度的1千倍,亦即氢弹爆炸达到的温度。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子(极轻的粒子,它只受弱力和引力的作用)和它们的反粒子,还有一些质子和中子。随着宇宙的继续膨胀,温度继续降低,电子/反电子对在碰撞中的产生率就落到它们湮灭率之下。这样只剩下很少的电子,而大部分电子和反电子相互湮灭,产生出更多的光子。然而,中微子和反中微子并没有互相湮灭掉,因为这些粒子和它们自己以及其他粒子的作用非常微弱,所以直到今天它们应该仍然存在。如果我们能观测到它们,就会为非常热的早期宇宙阶段的图象提供一个很好的证据。可惜现今它们的能量太低了,以至于我们不能直接地观察到。然而,如果中微子不是零质量,而是如苏联在1981年进行的一次没被证实的实验所暗示的,自身具有小的质量,我们则可能间接地探测到它们。正如前面提到的那样,它们可以是“暗物质”的一种形式,具有足够的引力吸引去遏止宇宙的膨胀,并使之重新坍缩。
在大爆炸后的大约100秒,温度降到了10亿度,也即最热的恒星内部的温度。在此温度下,质子和中子不再有足够的能量逃脱强核力的吸引,所以开始结合产生氘(重氢)的原子核。氘核包含一个质子和一个中子。然后,氘核和更多的质子中子相结合形成氦核,它包含二个质子和二个中子,还产生了少量的两种更重的元素锂和铍。可以计算出,在热大爆炸模型中大约4分之1的质子和中子转变了氦核,还有少量的重氢和其他元素。所余下的中子会衰变成质子,这正是通常氢原子的核。