Le fond diffus cosmologique (CMB, CMBR), dans la cosmologie du Big Bang, est un rayonnement électromagnétique qui est un vestige d'un stade précoce de l'univers, également appelé « rayonnement relique ». Le CMB est un faible rayonnement de fond cosmique remplissant tout l'espace. C'est une source importante de données sur l'univers primitif car c'est le plus ancien rayonnement électromagnétique de l'univers, datant de l'époque de la recombinaison. Avec un télescope optique traditionnel, l'espace entre les étoiles et les galaxies (l'arrière-plan) est complètement noir. Cependant, un radiotélescope suffisamment sensible montre un faible bruit de fond, ou lueur, presque isotrope, qui n'est associé à aucune étoile, galaxie ou autre objet. Cette lueur est la plus forte dans la région des micro-ondes du spectre radio. La découverte accidentelle du CMB en 1965 par les radioastronomes américains Arno Penzias et Robert Wilson a été l'aboutissement de travaux initiés dans les années 1940 et a valu aux découvreurs le prix Nobel de physique en 1978.

CMB est une preuve marquante de l'origine du Big Bang de l'univers. Lorsque l'univers était jeune, avant la formation des étoiles et des planètes, il était plus dense, beaucoup plus chaud et rempli d'un brouillard opaque de plasma d'hydrogène. Au fur et à mesure que l'univers s'étendait, le plasma se refroidissait et le rayonnement qui le remplissait s'étendait à des longueurs d'onde plus longues. Lorsque la température a suffisamment baissé, les protons et les électrons se sont combinés pour former des atomes d'hydrogène neutres. Contrairement au plasma, ces atomes nouvellement conçus ne pouvaient pas diffuser le rayonnement thermique par diffusion Thomson, et ainsi l'univers est devenu transparent. Les cosmologistes désignent la période au cours de laquelle les atomes neutres se sont formés pour la première fois comme l'époque de recombinaison, et l'événement peu de temps après, lorsque les photons ont commencé à voyager librement dans l'espace, est appelé découplage des photons. Les photons qui existaient au moment du découplage des photons se propagent depuis, bien que de moins en moins énergétiques, puisque l'expansion de l'espace fait augmenter leur longueur d'onde avec le temps (et la longueur d'onde est inversement proportionnelle à l'énergie selon la relation de Planck). C'est la source du terme alternatif rayonnement relique. La surface de dernière diffusion fait référence à l'ensemble de points dans l'espace à la bonne distance de nous, de sorte que nous recevons maintenant des photons émis à l'origine à partir de ces points au moment du découplage des photons.