कोई चीज़ आकाशगंगाओं को आपस में बांधे रखती है। यह वह पदार्थ नहीं है जिसे हम देख सकते हैं। तारे आकाशगंगाओं के केंद्रों के चारों ओर इतनी तेज़ी से परिक्रमा करते हैं कि दृश्य द्रव्यमान से इसकी व्याख्या करना संभव नहीं है। आकाशगंगाओं के समूह सामान्य से अधिक गर्म होते हैं। गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग प्रकाश को दृश्य पदार्थ की अपेक्षा कहीं अधिक मोड़ देती है। सबसे सरल व्याख्या डार्क मैटर है: पदार्थ का एक ऐसा रूप जो प्रकाश का उत्सर्जन, अवशोषण या परावर्तन नहीं करता, लेकिन गुरुत्वाकर्षण बल लगाता है।

ब्रह्मांड का लगभग 27 प्रतिशत भाग डार्क मैटर से बना है। यह परमाणुओं से निर्मित नहीं है। यह विद्युत चुम्बकीय रूप से क्रियाशील नहीं है, इसीलिए यह अदृश्य है। यह केवल गुरुत्वाकर्षण बल और संभवतः दुर्बल नाभिकीय बल के माध्यम से क्रियाशील है। संभावित कणों में WIMP, एक्सियन और स्टेराइल न्यूट्रिनो शामिल हैं। इनमें से किसी का भी अभी तक पता नहीं चला है।

संरचना निर्माण के लिए डार्क मैटर आवश्यक है। इसके बिना, गुरुत्वाकर्षण बल आकाशगंगाओं के निर्माण के लिए पदार्थों को इतनी तेज़ी से एक साथ नहीं खींच पाता। डार्क मैटर को शामिल करने वाले सिमुलेशन देखे गए ब्रह्मांडीय जाल को पुन: उत्पन्न करते हैं। इसके बिना किए गए सिमुलेशन ऐसा नहीं करते।

यह खोज भौतिकी के सबसे बड़े प्रयासों में से एक है। भूमिगत डिटेक्टर, कण कोलाइडर और दूरबीनें सभी इसकी तलाश में लगे हैं। अब तक कुछ नहीं मिला है। लेकिन गुरुत्वाकर्षण संबंधी प्रमाण बहुत पुख्ता हैं।