Galaksileri bir arada tutan bir şey var. Bu, görebildiğimiz madde değil. Yıldızlar, galaksi merkezlerinin etrafında, görünür kütlenin açıklayabileceğinden çok daha hızlı dönüyor. Galaksi kümeleri olması gerekenden daha sıcak. Yerçekimsel merceklenme, ışığı görünür maddenin tek başına izin verdiğinden daha fazla büküyor. En basit açıklama karanlık maddedir: ışık yaymayan, emmeyen veya yansıtmayan, ancak yerçekimi uygulayan bir madde biçimi.

Karanlık madde evrenin yaklaşık yüzde 27'sini oluşturur. Atomlardan oluşmaz. Elektromanyetik olarak etkileşime girmez, bu yüzden görünmezdir. Sadece kütleçekimsel olarak ve muhtemelen zayıf nükleer kuvvet yoluyla etkileşime girer. Adaylar arasında WIMP'ler, aksiyonlar ve steril nötrinolar bulunur. Henüz hiçbiri tespit edilmemiştir.

Karanlık madde, yapı oluşumu için hayati öneme sahiptir. Onsuz, yerçekimi galaksileri oluşturacak kadar hızlı bir şekilde maddeyi bir araya getiremezdi. Karanlık maddeyi içeren simülasyonlar, gözlemlenen kozmik ağı yeniden üretir. Karanlık madde içermeyen simülasyonlar ise bunu başaramaz.

Bu arama, fizikteki en büyük çabalardan biri. Yeraltı dedektörleri, parçacık çarpıştırıcıları ve teleskoplar hep birlikte onu arıyor. Şimdiye kadar hiçbir şey bulunamadı. Ancak yerçekimiyle ilgili kanıtlar çok güçlü.