Κάτι κρατά τους γαλαξίες ενωμένους. Δεν είναι η ύλη που μπορούμε να δούμε. Τα αστέρια περιστρέφονται γύρω από τα κέντρα των γαλαξιών με πολύ μεγάλη ταχύτητα για να την εξηγήσει η ορατή μάζα. Τα σμήνη των γαλαξιών είναι θερμότερα από όσο θα έπρεπε. Ο βαρυτικός φακός κάμπτει το φως περισσότερο από όσο θα επέτρεπε από μόνη της η ορατή ύλη. Η απλούστερη εξήγηση είναι η σκοτεινή ύλη: μια μορφή ύλης που δεν εκπέμπει, δεν απορροφά ούτε αντανακλά το φως, αλλά ασκεί βαρύτητα.

Η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 27% του σύμπαντος. Δεν αποτελείται από άτομα. Δεν αλληλεπιδρά ηλεκτρομαγνητικά, γι' αυτό και είναι αόρατη. Αλληλεπιδρά μόνο βαρυτικά και πιθανώς μέσω της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Υποψήφια για αυτήν την ύλη είναι τα WIMP, τα αξιόνια και τα στείρα νετρίνα. Κανένα δεν έχει ανιχνευθεί ακόμη.

Η σκοτεινή ύλη είναι απαραίτητη για τον σχηματισμό δομών. Χωρίς αυτήν, η βαρύτητα δεν θα μπορούσε να έχει έλξει την ύλη αρκετά γρήγορα ώστε να σχηματίσει γαλαξίες. Οι προσομοιώσεις που περιλαμβάνουν τη σκοτεινή ύλη αναπαράγουν τον παρατηρούμενο κοσμικό ιστό. Οι προσομοιώσεις χωρίς αυτήν δεν το κάνουν.

Η αναζήτηση είναι μια από τις μεγαλύτερες προσπάθειες στη φυσική. Υπόγειοι ανιχνευτές, συγκρουστές σωματιδίων και τηλεσκόπια το αναζητούν. Μέχρι στιγμής, τίποτα. Αλλά τα βαρυτικά στοιχεία είναι συντριπτικά.