Первой удачной попыткой теоретически разрешить парадокс Шезо—Ольберса была идея Карла Шарлье об иерархической структуре Вселенной. Согласно ей, Вселенная представляет собой бесконечную совокупность входящих друг в друга систем всё возрастающего порядка сложности; отдельные звёзды образуют галактику первого порядка, совокупность галактик первого порядка образует галактику второго порядка (Метагалактику); совокупность галактик второго порядка образует галактику третьего порядка и так до бесконечности. Если при этом с переходом к системам более высокого порядка их средняя плотность прогрессивно уменьшается, то снимаются как фотометрический парадокс Шезо—Ольберса, так и второй космологический парадокс — гравитационный, сформулированный Хуго Зелигером (1849—1924), согласно которому в рамках ньютоновской теории тяготения в бесконечной Вселенной при бесконечно большой её массе сила тяготения не имеет определённой конечной величины.
Однако идея Шарлье была опровергнута наблюдениями: с возрастанием пространственного масштаба средняя плотность Вселенной стремится к конечному значению. Космологические парадоксы нашли своё решение в рамках нестационарной модели Вселенной, предполагающей, что её возраст ограничен. Что касается фотометрического парадокса, то количество наблюдаемых звёзд ограничено космологическим горизонтом, т. е. расстоянием, которое проходит свет за время от начала Большого взрыва. Поэтому число видимых звёзд конечно, а доля неба, покрываемая звёздами ничтожно мала. К тому же, из-за доплеровского смещения излучение звёзд других галактик смещается также в длинноволновую область спектра, тем самым дополнительно ослабляя их свет в оптическом диапазоне.