Après la Seconde Guerre mondiale, le développement des radars et de l'électronique favorisa une expansion rapide de la radioastronomie. Dans les années 1950, l'observation de la raie à 21 centimètres de l'hydrogène neutre permit de cartographier la structure spirale de la Voie lactée et de mieux comprendre la distribution du gaz interstellaire. La découverte de nouvelles classes d'objets, comme les quasars en 1963, montra que l'univers contenait des sources d'énergie extrêmement puissantes, seulement détectables dans certaines longueurs d'onde radio. En parallèle, l'identification de pulsars à la fin des années 1960 révéla l'existence d'étoiles à neutrons, objets denses et froids dans leur rayonnement thermique, mais émetteurs intenses en ondes radio.

Dans le domaine infrarouge, les progrès furent plus lents en raison de l'absorption atmosphérique et du bruit thermique terrestre. Cependant, dès les années 1960, les premiers détecteurs infrarouges embarqués sur des fusées et des ballons permirent d'observer des étoiles jeunes encore enveloppées de poussières. L'infrarouge ouvrit alors une fenêtre sur les régions obscurcies du ciel, révélant l'importance des nuages moléculaires dans la formation stellaire. La détection des molécules interstellaires, grâce aux radiotélescopes, renforça ce tableau d'un univers froid riche en chimie complexe.

Un jalon majeur fut atteint en 1965 avec la découverte du fond diffus cosmologique par Arno Penzias et Robert Wilson, un rayonnement micro-onde issu du big bang qui baignait tout l'univers à environ 3 kelvins. Cette observation, faite dans le domaine radio, confirma la théorie du big bang et fit de l'étude du rayonnement à basse température un élément central de la cosmologie.

Dans les années 1970, les radiotélescopes se multiplièrent et gagnèrent en taille, comme le radiotélescope d'Arecibo à Porto-Rico, permettant des observations plus fines des émissions radio de galaxies et de nuages moléculaires (Le milieu interstellaire). Parallèlement, les premiers satellites infrarouges furent développés pour s'affranchir des limitations de l'atmosphère terrestre. L'un des plus importants fut le satellite IRAS (Infrared Astronomical Satellite), lancé en 1983. IRAS réalisa la première cartographie complète du ciel en infrarouge, découvrant de nombreuses galaxies infrarouges lumineuses, des disques circumstellaires et des comètes riches en poussières.

Durant les années 1980, la radioastronomie bénéficia de techniques interférométriques comme le Very Large Array (VLA) aux États-Unis, qui offrait une résolution inégalée pour observer les jets de quasars, les restes de supernovae et les structures fines du milieu interstellaire. L'étude des émissions radio de molécules, notamment dans les longueurs d'onde millimétriques, fit émerger la radioastronomie millimétrique avec des observatoires comme celui de l'Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM) fondé en 1979. Ce domaine permit de sonder les conditions physiques et chimiques des nuages où naissent les étoiles.

À la fin des années 1980, l'astronomie infrarouge bénéficia des résultats d'IRAS et des préparations pour les futures missions spatiales comme ISO (Infrared Space Observatory). Ces avancées révélèrent que l'univers froid, longtemps invisible aux télescopes optiques, constituait un élément clé pour comprendre l'évolution des galaxies, la formation des étoiles et la structure à grande échelle de l'univers. 

Depuis 1990, l'étude de l'univers froid a connu une accélération spectaculaire grâce aux progrès des instruments terrestres et spatiaux, ainsi qu'à l'essor de l'informatique et de la technologie des détecteurs. Dans le domaine radio, l'interférométrie à très longue base (VLBI) est devenue un outil central, permettant de relier des radiotélescopes éloignés de plusieurs milliers de kilomètres pour obtenir une résolution angulaire exceptionnelle. Cette technique a permis d'observer avec précision les jets relativistes émis par les trous noirs supermassifs et de suivre les mouvements de masers moléculaires dans des disques circumstellaires et galactiques. Le Very Large Array, modernisé au début du XXI^e siècle, ainsi que des observatoires comme ATCA en Australie ou e-MERLIN au Royaume-Uni, ont contribué à cartographier avec un grand détail les régions de formation stellaire et à étudier la dynamique des galaxies.

L'astronomie millimétrique et submillimétrique a connu un essor remarquable avec l'arrivée de nouveaux instruments comme le télescope JCMT à Hawaii, le réseau de l'IRAM en Europe, et surtout l'observatoire ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), opérationnel à partir de 2011. ALMA, situé sur le plateau de Chajnantor au Chili, a ouvert une fenêtre inédite sur les disques protoplanétaires, révélant des structures de poussières et de gaz où se forment des planètes, et a permis de détecter des molécules complexes dans des régions éloignées de la galaxie. Dans la même période, les observations radio ont également contribué à la détection indirecte d'exoplanètes grâce à leurs effets sur les étoiles ou sur les disques environnants.

Dans le domaine infrarouge, l'observation depuis l'espace a continué de transformer notre vision de l'univers froid. Le télescope spatial Hubble, lancé en 1990, bien que principalement optique, a fourni des données précieuses dans le proche infrarouge, pénétrant à travers les nuages de poussières pour révéler des étoiles jeunes et des régions de formation galactique. La mission européenne ISO, opérationnelle de 1995 à 1998, a offert un regard détaillé sur la chimie des nuages moléculaires, la composition des poussières interstellaires et les galaxies à sursauts de formation stellaire. Elle a été suivie par le satellite américain Spitzer, lancé en 2003, qui grâce à sa sensibilité a détecté des systèmes planétaires en formation et des galaxies très lointaines obscurcies en lumière visible. Les données infrarouges ont également permis de révéler la présence d'eau et d'autres molécules essentielles dans les disques protoplanétaires et sur des corps du Système solaire.

L'observation du fond diffus cosmologique a continué à évoluer dans ces décennies. Après les mesures initiales de COBE en 1992, qui ont confirmé les anisotropies du rayonnement micro-onde, les satellites WMAP (2001-2010) et Planck (2009-2013) ont affiné la cartographie des fluctuations de température de ce rayonnement fossile avec une précision inégalée. Ces observations ont permis de mieux contraindre les paramètres cosmologiques, confirmant le modèle d'un univers dominé par l'énergie sombre et la matière sombre froide, et offrant un aperçu des conditions physiques de l'univers primordial.

Au sol, de nouveaux radiotélescopes géants comme le FAST en Chine, achevé en 2016, ont étendu la capacité de détection des pulsars et des sursauts radio rapides (FRB), phénomènes transitoires dont l'étude est devenue un axe majeur de la radioastronomie moderne. Ces signaux, provenant d'objets compacts et énergétiques, ouvrent une nouvelle fenêtre sur les environnements extrêmes et l'évolution des étoiles massives. En parallèle, les observations infrarouges de plus en plus précises depuis des observatoires terrestres comme Keck, le VLT et plus récemment le télescope Subaru, ont permis d'étudier les régions froides des galaxies et les halos poussiéreux autour d'étoiles mourantes.

La fin des années 2010 et le début des années 2020 ont marqué un tournant avec l'arrivée du télescope spatial James Webb, lancé en décembre 2021. Ses capacités dans l'infrarouge moyen et proche ont permis de sonder l'univers froid avec un niveau de détail sans précédent, en observant les premières galaxies formées après le big bang, la composition chimique des atmosphères d'exoplanètes et la structure fine des nuages moléculaires. Webb a révélé la présence de molécules organiques complexes dans des environnements extrêmes et a transformé notre compréhension de la formation stellaire dans les premiers temps de l'univers.

Durant toute cette période, l'interconnexion des observations dans les domaines radio, infrarouge et submillimétrique a permis une vision cohérente des processus physiques dans les environnements froids de l'univers. La synergie entre ces domaines, renforcée par les progrès en simulation numérique, a permis de mieux comprendre comment les galaxies évoluent, comment les étoiles et les planètes naissent et comment la matière diffuse se structure à grande échelle. L'étude de l'univers froid est ainsi devenue un pilier de l'astrophysique contemporaine, reliant l'histoire cosmologique aux processus locaux de formation et d'évolution des structures célestes.