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天文观测揭示了一个惊人的事实：宇宙中我们能观察到的发光物质（包括发出 X 射线和 γ 射线的物质）仅占宇宙物质总量的极少一部分。大部分质量来自于我们尚不了解的物质，我们称之为“暗物质”。
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对暗物质的研究始于 20 世纪 30 年代初。1933 年，瑞士天文学家弗里茨·兹威基在计算后发座星系团的总质量时，采用光度法和动力学法两种方法，发现用动力学法算得的质量比光度法多出 400 倍！这种巨大差异只能用一种解释：发光星体质量只是星系团质量的一部分，而大部分质量的下落不明。他将这个未知质量称为“缺失质量”。
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这一发现起初未引起重视，直到 1978 年，一些射电天文学家在测量旋涡星系的转动曲线时，观察到离星系中心不同距离的物体具有相同的线速度。这个结果与太阳系中行星越远离中心线速度越低的情况形成了鲜明对比。万有引力作用应该支配星系周围物体的运动，使其遵循开普勒定律！有科学家提出，假设星系周围存在暗物质，才能解释观测到的星系运动与开普勒定律的计算结果相吻合。由此，关于发光物体之外存在大量暗物质的概念逐渐得到人们的认可。在这一观点的指导下，科学家们发现了更多暗物质存在的证据，例如 1983 年发现的位于银河系中心 20 万光年的 R15 星，其径向速度高达 465 米/秒。要产生如此大的速度，银河系的总质量至少要比发光区的质量大 10 倍以上。
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科学家们在对宇宙起源理论的研究中也发现，只有假设存在暗物质，才能使他们的理论自圆其说。
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那么，暗物质到底是什么？科学家们曾提出了许多猜测：有人说它弥散在宇宙空间中的气体，也有人说它是宇宙中的尘埃，还有人猜它是已经暗化的“死星”或黑洞。这些猜测虽有合理性，但缺乏有力的证据支撑。
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在众多暗物质候选者中，中微子受到最多关注。这是因为中微子是宇宙中已知确实存在且数量极多的粒子。特别是 1980 年，苏联理论与实验物理研究所宣布中微子的静止质量可能不为零，为中微子与暗物质之间的联系提供了丰富的想象空间。由于中微子数量庞大，即使其静止质量很小，其总质量仍相当可观。大多数中微子不发光，仅有很弱的电磁作用等特性都与暗物质的属性非常吻合。
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粒子物理学家还预言了一系列所谓的“新粒子”可能是暗物质的候选者，如引力微子、光微子、胶微子和 Z 微子。这些假设的新粒子迄今为止尚未发现。看来揭开暗物质的面纱依然是一项艰巨而遥远的课题。