这本书的核心思想是：人类和人类所在宇宙的诞生可以纯粹是自然自发的巧合，而非神的“大设计”。支持这一结论的是M理论，这是仅有的创生自己的宇宙的完备理论模型。虽然目前只是在理论阶段，但“如果该理论被观测所证实，它就将是长达3000年以上智力探索的成功终结。我们就将找到大设计。”
这本书回顾总结了人类探索宇宙诞生问题的科学史，人类是如何一步步从经典物理体系走向了霍金心中唯一那个终极答案——M理论。为了清晰地描述这一过程，他着重科普了量子物理、弦论和M理论，它们的主要概念和发展过程。然后基于M理论，叙述了宇宙和人类从无到有的过程。
在书的开篇霍金提出了三个问题，而这本书就是在回答这三个问题：
1. 为什么宇宙中存在物质而非一无所有？（物质为什么会诞生？）
a. 根据海森堡的不确定性原理，不可能同时精确确定基本粒子的位置和动量
b. 扩大而言，场的值和变化率只能确定其一
c. 也就是说，空间不可能绝对空虚（场的值和变化率同时为0）
d. 在空间的最低能量态“真空”中（不存在物质，场的值为0的状态），必然存在真空涨落（变化率不为0），也就是粒子和场会不停地出现和消失。物质的宇宙于是自发地从无中诞生。
2. 我们为什么存在？（人类为什么会诞生？）
a. 真空涨落会诞生无数的宇宙，人类存在的这个宇宙只是其中一个偶然
b. 虽然人类诞生的条件非常苛刻，但我们已经存在了，基于我们已经存在的事实去观察这个有我们存在的宇宙，似乎一切都是为人类设计好的，这无数精妙的安排看似需要神的“大设计”。但其实，人类和人类存在的宇宙不过是无数宇宙中的一个。人类可以自发地在条件合适的一个宇宙中诞生。
3. 为什么M理论是终极答案？
a. 经典物理体系遵循因果论/决定论：给出宇宙在任何时候的状态，一系列定律就可以推导出宇宙的过去和未来。即便是人类的“自由意志”也不例外，生命的过程遵循物理和化学定律，自由意志不过是幻影，人类仅仅是生物机器。诚然，想要通过基础物理定律去预言人的行为是不切实际的，因其所需的初始态信息和计算量巨大。正是因为在生活中我们不能有效的通过基础物理定律预言人的行为，所以才有了“自由意志”的说法。“自由意志”完全可以用科学定律解释，不需要神的存在。
b. 经典物理的基石是相信有一个客观的外部世界，其性质是确定的，与观察者无关。那如何确定这个外部世界是客观存在的而不是“意识”的幻觉呢（缸中之脑模拟）？霍金的答案是，不能，并且此争论毫无意义。只要科学模型可以保证观测相符，那么它就是真实的。
c. 虽然经典物理很好的解释了宏观世界规律，但是在微观却失效了。双缝实验揭露了2个矛盾：单个粒子具有波动性，观测必然改变过程和结果。量子物理因而被发展出来解释这两个矛盾。
d. 单个粒子的波动性：在经典物理中，粒子的运动应该有唯一确定的轨迹，自然不可能自己和自己干涉。在量子物理中，粒子的运动轨迹不是唯一确定的，而是所有从A到B的路径的概率叠加总和。而对宏观物体的求和结果与经典物理的结果一致。
e. 观测必然改变过程和结果：在经典物理中，历史是确定的，观测不能改变过程和结果。在量子物理中，历史也是不确定的，而是每一种可能历史的概率叠加。我们对其现状的观测影响它的过去并确定不同的历史。
f. 双缝实验的促使了量子物理的诞生。要完善量子物理，还需要把经典物理中的4种力——引力，电磁力，弱核力，强核力——从量子物理的角度进行解释。这种理论叫量子场论。
g. 引力：广义相对论重新定义了引力，然而，它还是经典物理的一部分。要被统一进量子物理，难度非常大，目前的希望就是源自弦论的超引力。
h. 电磁力：量子电动力学（QED）：一个费米子（物质粒子，如电子）发射出玻色子（携带并传递力的粒子，如光子），被另一个费米子碰撞并吸收，从而改变了那个费米子的运动。费恩曼图解法将这个过程的各种可能历史表示出来。
i. 弱核力：通过弱电力将电磁力与弱力统一。
j. 强核力：量子色动力学（QCD）
k. 这些都将被统一到M理论的框架下。M理论将包含十一个维度，弦论，点粒子，二维膜，三维块以及p膜（p取0到9）。它允许拥有不同表观定律的不同宇宙。
l. 真空量子涨落导致微小宇宙无中生有，其中的一些到达临界尺度，然后以暴膨的方式膨胀，形成星系、恒星，以及至少在一种情形下会诞生生命。历史没有独立存在，我们用自己的观测来创造历史，而非历史创生我们。
看了《大设计》，觉得霍金一定是感到死而无憾的吧。因为纵然M理论没有被证实，但在他的心里，已经通过逻辑思辨确信了这就是宇宙问题的终极答案。