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伽莫夫的两位学生——拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼——早在1948年发表的一篇论文中就计算出，要使大爆炸中‘烹调’的氦的数量匹配于光谱学揭示的老年恒星中氦的数量，大爆炸火球遗留下来的辐射现在应该具有仅仅5K的温度。伽莫夫自己1952年在他撰写的《宇宙创生》一书中公布的数字要稍稍大些。
准确数字决定于对大爆炸物理条件所做的详细假设，也依鞍于对宇宙年龄的估计。一种手工计算法则是，背景辐射的开氏温度等于（1后面跟10个零）除以用秒数表示的宇宙年龄的平方根。所以，在时间开始1秒后的温度是100亿度，100秒后是10亿度，而1小时后就只有1亿7千万度了。与此相比，我们太阳中心的温度约1,500万度。
但不论是伽莫夫还是他的同事都未能意识到，给宇宙‘量体温’的技术在1950年代就已经存在了。他们既没有敦促射电天文学家进行本来可以揭示存在背景辐射的观测，看来也没有哪位射电天文学家注意到预言存在这种辐射的文章。然而稀奇的是，表明宇宙温度非常接近3K的观测，已经在1930年代用光谱方法做出来了。
那是对一种叫做氰（）的化合物做的光谱观测，揭示了我们银河系中星际物质云的温度。1940年，加拿大自治领天体物理台的安德鲁·麦克凯勒（Andrew McKelr）解释了这些观测，得出星际云的温度约2.3K。到1950年时，这一结果被写进了标准的教科书。但是，甚至伽莫夫也没有将它与预言的背景辐射温度联系起来。原因之一是，伽莫夫自己估计的温度，比麦克凯勒公布的温度和阿尔菲及赫尔曼估计的温度都要高很多。
1981年弗雷德·霍伊尔在《新科学家》发表的一篇文章中，详细叙述了他1956年同伽莫夫交谈时如何提到麦克凯勒计算结果的情景。霍伊尔是稳恒态假说的热烈支持者，他不相信曾经有过大爆炸，所以他（当时）认为不存在背景辐射。伽莫夫则认为应该存在温度比5K高许多的背景辐射。霍伊尔记得他向伽莫夫指出，麦克凯勒已经为任何这种背景辐射规定了3K的上限，因此伽莫夫错了。他们两人的想像力都未能跨出事后看来并非很大的一步，因而没有领悟到，背景辐射确实无处不在，不过它的温度低于伽莫夫的预计值。
更奇怪的是，就在伽莫夫研究组1940年代发展他们的思想的同时，一组射电天文学家正在实际搜寻来自空间的低温辐射。罗伯特·狄克和他的同事们使用一台由战时雷达技术演变而来的仪器，在微波厘米波频段研究天空，发现了温度低于20K——这是仪器规定的极限——辐射的证据。他们的结果于1946年发表在《物理学评论》杂志上（70卷，340页），而在这同一卷上也发表了伽莫夫研究组关于核合成的第一篇论文（70卷，572页）——可是还要等待差不多20年才有人把它们联系起来。
到1960年代初，几个研究组，包括美国、英国和苏联的科学家们，已经开始考虑如何探测大爆炸的残留辐射——伽莫夫小组的先驱工作基本上被人们忘记了，而每个组都重新看到了可能性。在普林斯顿大学，一位年轻的科学家詹姆斯·皮布尔斯（P.J.E. Peebles）不知情地重复阿尔菲和赫尔曼做过的计算，认识到宇宙应该充满温度为开氏几度的背景辐射之海。他在这项工作中的导师狄克，也忘记了他自己在1940年代的开创性成果，却指定另两位研究者——罗尔（P.C. Roll）和威尔金森（D.T. Wilkson）——建造一具小射电望远镜来搜寻这一辐射。
1965年，就在他们一切准备就绪时，狄克接到阿尔诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）从30英里外的新泽西州霍姆代尔的贝尔研究实验室打来的电话。彭齐亚斯与他的同事罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）当时正在准备将一台本来是为回波通讯卫星设计的20英尺喇叭天线用于射电天文观测。他们发现了一个顽固的干扰源——均匀来自整个天空的微波厘米波射电噪声。他们想问问狄克及其同事们对这种噪声可能是什么有何见解。
当然，那就是背景辐射。理论和观测终于走到一起了。两个两人小组立即联合攻关。
普林斯顿小组很快证实了这些观测结果。两个小组的论文同时刊登在《天体物理学报》上。在随后20年左右时间里，越来越多的观测，使用各种不同的仪器，在很多波段上，都证明了背景辐射的存在，将温度定格在2.7K，并且证明它是黑体辐射。彭齐亚斯和威尔逊因这一偶然发现于1978年获诺贝尔奖。正是背景辐射的发现和解释，才使大多数天文学家承认确实曾经发生过大爆炸，它也使宇宙学成了一门兴旺的学科，同时它也促使天体物理学家研究其他和大爆炸有关的现象，比如原初引力波。
1980年代前，仍有一个与背景辐射有关的问题令人困惑。从太空所有方向来的辐射具有完全相同的温度，这太平滑了。
已经得到可靠证明的大爆炸理论认为，从宇宙诞生大约30万年后的时刻以来，这一辐射应该没有发生过变化（红移和冷却除外）。而宇宙诞生30万年后，整个宇宙冷却到温度约6,000K，这大致是太阳表面的温度。在那个温度下，个别电子和核子能够结合形成稳定的原子，而原子没有任何净电荷。因为原子是电中性的，它们不能与电磁波强烈相互作用，所以从那时以来背景辐射没有受到干扰。