Arno Penzias i Robert Wilson, naukowcy z Laboratorium Bella, zaobserwowali w 1964 mikrofalowe promieniowanie tła. Używali oni siedmiometrowej anteny radiowej umieszczonej w Holmdel w New Jersey do badań mikrofal pochodzących z Drogi Mlecznej. W pracy ciągle przeszkadzał im szum, którego nie mogli się pozbyć. Początkowo obarczali winą gołębie, więc oczyścili antenę, jednak szum pozostał. W końcu doszli do wniosku, że sygnały pochodzą z odległej przestrzeni kosmicznej.
U schyłku czterdziestych lat fizycy George Gamow, Ralph Alpher i Robert Herman zasugerowali, że wykrycie promieniowania tła byłoby ważnym dowodem potwierdzającym hipotezę Wielkiego Wybuchu. Obecną temperaturę tego promieniowania oszacowali na 3 kelwiny. Robert Dicke powtórzył wywnioskował, że odkryli oni schłodzone promieniowanie początków Wszechświata, za co zostali potem uhonorowani Nagrodą Nobla. Promieniowanie tła odznaczało się niezwykłą równomiernością. Rejestrowane mikrofale wykazywały tę samą temperaturę niezależnie od ustawienia anteny. Niezwykła izotropowość utwierdziła naukowców w przekonaniu, że energia mikrofalowego promieniowania tła pochodzi z ery rekombinacji Wielkiego Wybuchu. Teoria powstawania struktur we Wszechświecie wymagałaby małych wahań promieniowania tła, których nie da się dostrzec. Fluktuacje kosmicznych mikrofal powinny być obserwowane jako skutek tworzenia się struktur w Kosmosie.
Wszechświat ery rekombinacji musiał mieć obszary gęstsze i rzadsze. Z upływem czasu obszary gęstsze dzięki silniejszej grawitacji przyciągały coraz więcej materii, aż rozrosły się do postaci galaktyk, gromad, supergromad, ścian i włókien. Mniej gęste obszary oddziaływały słabiej i przekształciły się w przestrzenie międzygalaktyczne, takie jak pustki. Aby doszło do powstania obserwowanych obecnie struktur, pewne obszary musiały być jedną dziesiątą procent bardziej skupione lub o tyle bardziej rozrzedzone. Zgodnie z modelem Wielkiego Wybuchu zmiany temperatury promieniowania uwolnionego w czasie ery rekombinacji są ściśle związane z fluktuacjami gęstości materii. Z tego powodu teoria przewiduje pojawienie się „zmarszczek” w promieniowaniu tła, będących odbiciem analogicznych górek i dołków w rozkładzie masy.
W 1977 roku po raz pierwszy udowodniono istnienie fluktuacji temperatury promieniowania tła. Jednak wykryte zmienności odpowiadały raczej anizotropii dipolowej Jest to zjawisko wywołane efektem Dopplera, wynikające z poruszania się Drogi Mlecznej w morzu kosmicznych mikrofal. Nasza Galaktyka ciągle przebija czoła fal promieniowania reliktowego. Z powodu efektu Dopplera promieniowanie tła z przodu i z tyłu Drogi Mlecznej jest trochę odmienne. Wydaje się ono lekko cieplejsze przed naszą Galaktyką i nieco chłodniejsze za nią. Po odkryciu fluktuacji dipolowych Smoot zaczął planować poszukiwania naprawdę starych zaburzeń, które powstały we wczesnym Wszechświecie. W tym celu zaprojektował specjalny detektor, zwany różnicowym radiometrem mikrofalowym (DMR). Działanie jego polega na tym, że dwie anteny mierzą różnicę temperatur pomiędzy różnymi obszarami nieba. DMR składa się właściwie z trzech radiometrów nastrojonych na odbiór różnych pasm fal radiowych. Zakresy częstości zostały tak wybrane, aby promieniowanie reliktowe było wyraźniejsze niż sygnały pochodzące z innych źródeł. W tych długościach fal kosmiczne tło jest ponad tysiąckrotnie silniejsze niż mikrofalowa emisja galaktyk.
DMR został wystrzelony w listopadzie 1989 roku na pokładzie satelity COBE. W 1992 roku Smoot obwieścił wiadomość o dokonaniu pierwszej obserwacji pierwotnych zaburzeń w promieniowaniu tła. Miały one postać chłodniejszych i cieplejszych obszarów, których rozmiary przekraczały 100 milionów lat świetlnych. Różnice temperatur pomiędzy tymi obszarami wynosiły około jednej stutysięcznej stopnia przy średniej temperaturze 2,735 kelwina. Stosunek odchylenia od przeciętnej wartości wynosił 6: 1.000.000. Wyniki te potwierdziły model Wielkiego Wybuchu oraz tezę o powszechnym występowaniu ciemnej materii w Kosmosie.