Uzay ya da fezâ, Dünya'nın atmosferi dışında ve diğer gök cisimleri arasında yer alan, gök cisimleri hariç, evrenin geri kalan kısmındaki sonsuz olduğu düşünülen boşluğa verilen isimdir. Ortalama sıcaklığı -270 °C, mutlak sıfır noktası ise -273 santigrat derecedir. Atmosfer ile uzay arasında kesin bir sınır bulunmamaktadır, fakat Dünya'nın atmosferi yukarı doğru çıkıldıkça incelmektedir. Uzayda tahminen milyarlarca galaksi bulunmaktadır. Bu tahmini galaksilerin içinde tahminen milyonlarca sistemler, gezegenler ve astroitler bulunmaktadır. Fizikçi Carl Sagan'ın kitabı "Kozmos" da yazdığı üzerine evrensel atom sabiti 1088 kadar yani 10 üssü 88, Carl Sagan'a göre evrende tahmini 1'in yanında 88 sıfır tane atom var (on oktovigintilyon). Bu şekilde bir hesaplama ve insanoğlunun bildiği her türlü galaksi uzayın büyüklüğünü kanıtlar. Albert Einstein'ın görelilik teorisine göre uzay elastike bir dokuya sahiptir. Cisimlerin bu elastike dokuyu bükmelerinden dolayı yerçekiminin olduğunu ileri süren kuramdır. Uzay'da zaman kavramı yoktur. Zaman, bizim algılarımızla yarattığımız bir kavramdır.
Uzay karanlığı, büyüklüğü, olayları ile ilgi çekici, karmaşık ve araştırmaya değer olmuştur. Bu yüzden insanlar her çağda uzayı merak etmiştir. Bu yüzden sürekli uzayı araştırmak için icatlar yapmıştır. Teleskop bu alanda çok önemli bir alettir. Çağlar geçtikçe insanlar daha güçlü teleskoplarla uzayı incelemiş, uzay hakkındaki bilgilerini artırmıştır. Böylece merakını gidermeye başlayan insanoğlu bununla yetinmeyip uçarak daha fazla bilgi toplamak istemiştir. İnsanlığın uçmayı keşfetmesiyle Dünya'yı çevreleyen yakın uzay hakkındaki bilgiler, daha da artmaya başladı. Nihayet, güçlü füzeler, yapma uydular, Ay 'a insanlı ya da insansız araçlar gönderilmesi, yapay uydular geliştirilmesi, çok güçlü radyo teleskoplarla (bkz.Hubble Uzay Teleskobu) uzayın derinliklerinin araştırılması, 20. yüzyılın ikinci yarısında insanlığın uzay hakkındaki bilgilerini önemli ölçüde genişletti. Ayrıca insanlar uzayı araştırmak için "astronomi" bilimini doğurdu.
Bu arada teorik fizik ve astronomi konusunda devrim yapacak görüşler ortaya atan Einstein gibi bilginlerin uzay konusunda ortaya attıkları pek çok kuram, gözlemcilerin uzay üzerine verdikleri bulguların mantıklı bir şekilde açıklanmasını sağladı.
Uzay konusundaki ilk sağlam bilgiler, 19. yüzyıl sonu ile 20. yüzyıl başında, özellikle kuzey ülkelerinde kurulan gözlemevleri sayesinde alındı. ABD'nin Kaliforniya eyaletinde bulunan Palamar Gözlemevi, Dünya'da mevcut gözlemevlerinin en büyüğüdür. Buradaki aynalı teleskopun çapı 5 m, yüksekliği 40 metre dir.Bu gözlemevlerinde uzaydaki gökcisimlerinin kütlesi, hacmi, ışığının şiddeti vb. incelenmektedir. Uygulamalı fiziğin geliştirdiği tayf (spektrum) analizi, uzaydan gelen ışıklardan, cisimlerin hangi elementlerden oluştuğunu göstermektedir.
1932'de Karl Guthe Jansky adındaki bir mühendisin rastlantı sonucu bulduğu uzaydan gelen radyo yayınları, daha sonraki yıllarda radyoteleskopların doğmasına ve uzayın derinliklerinin dinlenmesine, bu radyo yayınlarının kaynaklarının ve nedenlerinin bulunmasına yol açtı. 2. Dünya Savaşı sırasında Almanların geliştirdiği V-1 ve V-2 füzeleri daha sonraki yıllarda uzayın keşfi için yapılacak çalışmalarda büyük bir adım oldu. 1947-1956 yılları arasında özellikle ABD, uzay çalışmalarına büyük hız verdi. Yapılan uzay uçuşu denemelerinin hiçbiri bir uzay aracını yörüngeye oturtmayı başaramadı. Bu arada SSCB, 1957 yılında üç kademeli Vostok roketleri ile "Sputnik" adındaki ilk yapma uyduyu Dünya çevresinde yörüngeye oturtarak uzay yarışında öne geçti. Uydulardan elde edilen uzay üzerine bilgiler, canlıların, özellikle insanların uzayda yaşayabilmeleri için hangi koşulların yerine getirilmesi gerektiğini ortaya koydu. Böylece uzay tıbbı doğdu ve gelişti. Uzayda ilk insan ise 12 Nisan 1961 tarihinde SSCB'nin uzaya gönderdiği Yuri Gagarin oldu. Bu arada, insanların uzay boşluğuna yerleşmelerini sağlamak, uzayı uzaydan izlemek, Dünya üzerinde haberleşme kolaylıkları sağlamak için binlerce uydu yörüngeye yerleştirildi ya da uzayın boşluğuna fırlatıldı. Nihayet 1969 Temmuzu'nda Ay'ın ABD'li astronotlar tarafından fethedilmesi, uzay çalışmalarında en önemi adımlardan biri oldu. Günümüzde uzay yarışı büyük bir hızla sürmektedir. Özellikle de ABD ve Rusya bu büyük yarışta amansız birer rakiptir.
Uzay hakkındaki bir başka teorem ise 2009'da öne sürülmüştür. Buna göre uzay tahmin edilenden daha küçük olabilir. Galaksi sayısı ise tahmin edilenden çok daha azdır. Görünen uzayda görülen galaksilerin ve yıldızların pek çoğu aynı galaksilerin farklı zamanlardaki görüntüleridir. Işık uzayda doğrusal ilerlemez, evrensel çekim güçlerinin belirlediği yolu takip eder.
