Le 1er avril 1948, avec son étudiant Ralph Alpher, il publie un article capital sur la formation des éléments au cours des premières phases de l'expansion de l'Univers, participant ainsi à l'élaboration de la théorie du Big Bang. Gamow, assisté de Alpher, décrit l'univers d'origine, le Ylem, comme une « soupe dense de neutrons et de protons ». Ils démontrent que les quantités actuelles de l'hydrogène et l'hélium dans l'univers peuvent être expliquées par les réactions nucléaires qui ont eu lieu durant le Big Bang.