中国先秦时代著名词人屈原在《天问》中曾这样问：“天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？”用现在的话简单地说，就是“天上的日月和星辰在各自的位置井然有序，是什么神奇的力量把它们组合安排在一起的呢？”
这个问题直到牛顿提出了万有引力定律才得到解决。牛顿认为，天体相互间存在引力作用，引力使天体沿着各自的轨道运转，而引力的来源则在于天体自身拥有的质量。
20世纪初，著名科学家爱因斯坦发表了广义相对论，提出所谓引力不过是时间与空间的一种属性，并由此预言了引力波的存在。因为物体加速运动时，时空的质量分布会发生剧烈改变，导致时空结构产生剧烈震荡，并以光速按波的形态传播到整个时空中。这有点像调皮的孩子向平静的湖水中投入一粒石子，从而形成阵阵涟漪，一直散布到整个湖面。
像黑洞这样的天体，由于它的强大引力使得连光都无法从中逃出，所以我们根本无法通过望远镜观测到它们。另外由于视距原因，我们也无法看到宇宙中以光速退行的最遥远和最古老的天体。而像宇宙大爆炸这类过去发生的事件，由于时光无法倒流，我们只能根据间接证据来推侧。如果我们能够探测到引力波，就找到了一种观察这些天体的最新方法，因为据预测，引力波可以无障碍地穿越时间和空间，在传播途径中不会像电磁波那样容易衰减，既不会被其他物质所遮蔽或吸收，也不会发生散射，能够把遥远处的信息和很久以前发生过的事情真实地再现出来。根据科学家们的推算，超新星爆发时产生的引力波波长大约为300～3万km；质量为几千个太阳的巨型黑洞在吞噬其他天体时发出的引力波，其波长可达数十万甚至上百万千米；而大约137亿年前宇宙大爆炸时产生的最早的引力波，其波长可达10光年，它携带着宇宙创生的信息，在茫茫太空中久久回荡，至今不绝。
1974年，美国天文学家泰勒等人通过射电望远镜发现，银河系中一个快速自转的中子星和它的伴星在引力作用下相互绕行，它们因引力波的作用而逐渐损失能量，相互旋转一周所花的时间逐年减少，彼此间则相互靠近。这是迄今得到的能够证明引力波的确存在的唯一间接证据，泰勒因此获得了1993年的诺贝尔物理学奖。
目前科学家们已在世界各地建成5个大型引力波观测台，包括位于美国路易斯安那州利文斯敦和华盛顿州汉福德的LIGO、德国的GEO 600、日本的TAMA300，以及近年法国与意大利合作建成的VIRGO。2004年初，美国航空航天局还发射了“引力探测器-B”卫星，首次试图在太空探测地球附近因发生引力效应而导致的时空结构波动。