Tamsioji medžiaga yra paslaptinga materijos forma, kuri daro gravitacinį poveikį įprastai medžiagai, bet negali būti stebima jokiais kitais būdais. Nors įprastines materijos debesis galima aptikti pagal jų žvaigždžių aktyvumą, šviesos sklaidą, radijo spinduliuotę ir kitas priemones, tamsiosios medžiagos debesys yra nematomi daugumai mūsų prietaisų. Tačiau jie sudaro 90–99% visatos materijos.
Dešimtajame dešimtmetyje astronomai Fritzas Zwicky ir Sinclair Smith atliko galaktikų greičio analizę dideliuose galaktikų spiečių Mergelės ir Komos. Jie atrado, kad visos galaktikos juda nuo dešimties iki šimto kartų greičiau nei turėtų būti, atsižvelgiant į įvertinimus, pagrįstus stebimu žvaigždžių tankiu. Kažkas nematomo sukėlė papildomą gravitaciją.
Nors pirmieji Zwicky ir Smitho stebėjimai atrodė tvirtai patvirtinantys tamsiąją medžiagą, ne visi kosmologai buvo įsitikinę. Kadangi šios galaktikos spiečiai buvo taip toli, buvo sunku tiksliai išmatuoti nepriklausomus kiekvienos galaktikos greičius vos dešimtmečiais. Stipresni įrodymai buvo gauti 70-aisiais, kai mokslininkai, tokie kaip Rubinas, Freemanas ir Peeblesas, pradėjo analizuoti galaktikų sukimosi kreives. Žvaigždės spiralinėse galaktikose, tokiose kaip mūsų pačių, galaktikos šerdyje judėjo greičiau, nei rodo jų stebima masė.
Galiausiai buvo nustatyta, kad visose galaktikose yra tamsiosios medžiagos aureolės, kurios tęsiasi toli už galaktikos, nurodytos per teleskopą, ribų. Teigiama, kad šias aureoles sudaro MACHO (masyvūs astrofiziniai kompaktiški halo objektai) ir WIMP (silpnai sąveikaujančios masyvios dalelės). Teoriškai teigiama, kad MACHO dažniausiai yra juodosios skylės ir rudosios nykštukės (perdegusios žvaigždės). Jie sudaryti iš įprastinės arba barioninės medžiagos – mums pažįstamų atomų, tik labai suspaustų. Teigiama, kad WIMP yra nebarioninės materijos formos, silpnai sąveikaujančios dalelės, judančios reliatyvistiniu greičiu. Labiausiai tikėtinas kandidatas į WIMP yra neutrinas ir jo pusbroliai.