Le onde gravitazionali possono essere utilizzate per studiare l'espansione dell'universo misurando la velocità di variazione della distanza tra due o più oggetti nello spazio. Questo perché man mano che l'universo si espande, gli oggetti in esso contenuti si allontanano e le onde gravitazionali emesse da questi oggetti mostreranno una "firma" caratteristica correlata alla velocità di espansione.

Per misurare l'espansione dell'universo utilizzando le onde gravitazionali, gli astronomi utilizzano un rilevatore come il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che consiste di due interferometri ampiamente separati che misurano il tempo impiegato dalla luce per viaggiare tra gli specchi nei bracci dell'interferometro . Quando passa un'onda gravitazionale, la distanza tra gli specchi cambia e questo può essere rilevato come un cambiamento nel tempo impiegato dalla luce per viaggiare tra gli specchi.

Il tasso di espansione dell'universo può essere dedotto dalle onde gravitazionali osservate confrontando l'"allungamento" osservato del segnale dell'onda gravitazionale con l'"allungamento" previsto che sarebbe causato dall'espansione dell'universo. Effettuando misurazioni precise dello stiramento del segnale dell'onda gravitazionale, gli astronomi possono ottenere una misurazione accurata del tasso di espansione dell'universo.

Oltre a misurare la velocità di espansione, le onde gravitazionali possono essere utilizzate anche per studiare altri aspetti dell’universo, come la presenza di buchi neri massicci e stelle di neutroni, e le proprietà della materia oscura e dell’energia oscura. Studiando le onde gravitazionali, gli astronomi possono acquisire una comprensione più profonda dell'universo e della sua storia, e potrebbero persino essere in grado di scoprire fenomeni nuovi e inaspettati.