Yleinen suhteellisuusteoria on todettu paikkansapitäväksi kaikissa testeissä, ja sen ennustamat erityisilmiöt, musta aukko ja gravitaatioaallot, on havaittu. Vaikka suhteellisuusteoria on antanut selityksen monelle ilmiölle, on maailmankaikkeudessa tekijöitä, joiden olemusta ei ymmärretä. Näistä merkittävin on maailmankaikkeuden täyttävä pimeä energia.

Higgsin hiukkanen oli viimeinen standardimallin ennustama hiukkanen, jota ei oltu vielä havaittu. Vaikka standardimalli selittää hiukkasmaailman ilmiöt, sen sisäiseen rakenteeseen liittyy kuitenkin ongelmia. Se ei pysty selittämään pimeää ainetta tai sitä, mitä antiaineelle tapahtui maailmankaikkeudessa. Standardimalli sisältää myös 27 toisistaan riippumatonta luonnonvakiota. Avoimet kysymykset viittaavat siihen, että teoria on vain approksimaatio jostain syvällisemmästä mallista. Nykyään oletetaan, että standardimalli on osa yhtenäisempää fysiikan teoriaa.

Konkreettinen ongelma on, että standardimalli ja yleinen suhteellisuusteoria eivät toimi yhdessä sellaisessa tilanteissa, joissa avaruuden kaareutuminen on voimakasta, eli ollaan mustien aukkojen lähellä tai tarkastellaan hyvin varhaista maailmankaikkeutta. Tämä on varma todiste siitä, että nykyinen malli maailmankaikkeudesta ei ole täydellinen.

Fyysikot ovat esittäneet lukuisia teoreettisia malleja, jotka ratkaisevat näitä ongelmia osittain. Täydellistä mallia ei ole esitetty, ja siksi edelleen esitetään erilaisia näkemyksiä, ja vaihdetaan ajatuksia. Pyrkimyksenä on löytää oikea suunta, johon tutkimuksen tulisi edetä. Alla on joitain ideoita, joihin suhtaudutaan toiveikkaimmin.

• Supersymmetria: Kaikilla hiukkasilla olisi muuten samanlainen, mutta huomattavasti raskaampi vastinhiukkanen. Tämä ratkaisisi useita standardimallin sisäisiä ongelmia.
• Säieteoria: Hiukkaset eivät olisikaan pistemäisiä, vaan nauhamaisia (joko avoimia "langanpätkiä" tai suljettuja "kumilenkkejä"). Maailmankaikkeudessa olisi 11 ulottuvuutta, joista osa olisi käpertyneenä niin pieneksi rullaksi, että havaitsisimme vain neljä ulottuvuutta. Ylimääräiset ulottuvuudet ja nauhamaisten hiukkasten värähtely niissä voisivat selittää hiukkasten ominaisuuksia. Säieteoria on keino yrittää selittää epätäsmällisyyksiä kuten esim., miksi kaikki hiukkaset eivät tunne samoja vuorovaikutuksia.
• Kvanttigravitaatio: Kvanttigravitaatioteoria selittäsi gravitaation kvanttifysiikan periaatteiden mukaisesti. Gravitaatio ei olisikaan pohjimmiltaan avaruuden muodon ominaisuus, vaan silläkin olisi välittäjähiukkanen, gravitoni. Kvanttigravitaatioteorian avulla voitaisiin ymmärtää singulariteettien fysiikkaa. Kvanttigravitaatioteoriaa tarvitaan, jotta mustien aukkojen keskuksista tai maailmankaikkeuden alkuhetkistä ymmärretään enemmän.

Jotta fysiikan tutkimuksessa saavutettaisiin seuraava merkittävä läpimurto, tarvittaisiin joko monia ongelmia yhtä aikaa ratkaiseva, tiedeyhteisön vakuuttava teoreettinen malli tai uusia havaintoja, jotka viitoittaisivat tietä eteenpäin teoreettisen mallin puuttuessa. Uusia havaintoja etsitään niin koko avaruudesta kuin alkeishiukkastenkin maailmasta.