膜宇宙学（Brane cosmology）是一个物理学上超弦理论和M理论的的分支，专门研究宇宙膜，他们认为宇宙其实是镶在一些更高维度的膜。而它们研究那些更高维度的膜是怎们影响着我们的宇宙。
膜宇宙学主体的想法是我们四维的宇宙是被嵌在一个高维空间（卡鲁扎-克莱因理论）里面的膜，称为“体”(bulk)。四维以外的额外维度都是被紧致化的，这样的状况底下，这个宇宙虽然包含了其他的额外维度，但是这个“体”当中，对这些额外维度没有参考系。在这个“体”的模型当中，其他的“膜”也可以通过这个“体”，并且与这个“体”相互作用，然后产生一些标准宇宙学模型当中无法看到的效应。
膜宇宙模型中，除了重力（可视为引力子或弦论中的闭弦）以外均无其它交互作用。
其吸引人的特色之一，这个模型解释了跟其他的自然界基本力相比，为何引力会如此的小，并且解决了被称为阶层问题。在“膜”的世界里面，其他的三种力电磁力、弱作用力及强作用力位于“膜”当中，但是引力并非在“膜”当中，也因此其力的作用并没有流太多到这个“体”里面。其结果就是，引力在小范围的作用力显得很弱，因为引力在这个范围内并没有流太多到这个“体”里面。一系列的实验目前正在进行对此学说的验证。
此外，根据膜宇宙论，由于重力牵引，膜与膜之间的“接触”会形成虫洞，作为联系两者的短暂通道；而膜之间的相互“碰撞”，则视为大霹雳，该模型认为宇宙是诞生于膜宇宙间的碰撞，最后再相互远离—此即“火宇宙（英语：ekpyrotic universe）理论”。
Randall-Sundrum (RS1 and RS2; see for a nontechnical explanation of RS1), pre-big bang, ekpyrotic 及 cyclic 所陈述的宇宙景象，都是膜宇宙学吸引许多人关注焦点的新提案。火宇宙（英语：ekpyrotic universe）理论假设目前的可观测的宇宙是源自于两个平行的膜相互碰撞而生的。
