這是一個巨大的宇宙迷團，一度看似即將揭開謎底，但現在看來這個迷團是越來越深，天文學家和天體物理學家們也比以往任何時候都更加困惑不解。問題的關鍵在於，宇宙中絕大多數的物質似乎消失不見了。——威廉·布羅德
遙望宇宙，我們會理所當然的認為，我們所看到的一切，包括：行星、恆星、星系，以及巨大的星際空間中的所有物質，跟我們平時在地球上看到的東西是一樣的，都是由質子、中子和電子組成。這個想法在我們看來很符合邏輯。
畢竟，我們的地球就存在太陽系中，太陽系只是銀河系中一個普通的恆星系統，而銀河系也不過是宇宙中眾多星系中的一員。宇宙中應該不存在什麼我們未知的物質形式。
就算在宇宙的其他地方存在我們地球上沒有的物質，我們仍然會認為它們很可能是由目前已知的、或者已發現的基本粒子組成。
因為目前基本粒子的標準模型，已經完全涵蓋了所有已知的物質形式。這其中還包括在實驗室環境中被創造、測量或觀察到的粒子。目前所有的已知的基本粒子都包含在下面的圖表中：
然而，事實並非如此。目前物理學家們一致認為，“已知的”物質，或由標準模型中包含的所有粒子和反粒子組成的物質，只佔了宇宙品質的極小一部分。
是什麼使我們得出了這樣的結論？下面就是關於宇宙中物質成分的7個基本事實，這些事實使我們得出一個不可避免的結論：宇宙中絕大多數的物質不在標準模型的範圍內，也就是說，大部分物質不是由質子、中子和電子組成的，而是由某種必須存在的暗物質粒子組成。
我們已經測量出了宇宙中正常物質的量！有兩種方法來解決這個問題：
測量和量化宇宙中所有不同形式的普通物質，並把得出來的數加起來。測量早期宇宙中形成的物質總量第一種方法比較直接，就是探查現今宇宙中所有已知的物質形式，不僅包括行星和恆星，還包括所有我們可以想到的物質形式，包括氣體、塵埃、等離子體、自由電子、白矮星、褐矮星、中子星、黑洞、反物質和中微子。把它們都加起來，就會得到一個正常物質的量。
但是，還有第二種方法可以補缺查漏，防止某種物質以迄今未被發現的形式隱藏起來。
我們知道宇宙是從高溫、高密的狀態中誕生的，在誕生的過程中會經歷第一次形成原子核的時期。在宇宙中的第一批恆星形成之前，我們都可以找到中性氣體的原始樣本，並測量出各種元素的比例。根據已知的物理學定律，我們就可以預測出宇宙誕生是創造出了多少氫、氘、氦-3、氦-4和鋰-7。這是五個獨立的、可測量的量就是：宇宙中正常物質的量。
根據測量這五種物質，我們知道，正常物質只佔宇宙中所有能量的5%。
星系團想要緊密的結合在一起，就需要某種未知形式的物質。當我們觀察宇宙中一些最大的束縛結構星系團的時候，我們發現它們包含數百到數千個單獨的星系，所有這些星系都束縛在一個相對緊湊的空間區域內。根據每個星系的移動速度和已知的引力定律，我們可以推斷出要保持星系團緊密的結合在一起需要多少總品質。
我們還可以根據所觀察到的所有物質，包括星光、氣體、塵埃、等離子體、氣體受熱時的x射線等等，推斷出其中有多少正常物質。但這些正常物質只能解釋13-17%的品質。因此星系團中必須有某種形式的暗物質。
單個星系必須存在比氣體和塵埃更多的物質，來解釋我們所觀察到的動力學現象。一個螺旋星系最典型的特徵是，它們在旋轉，正是這種旋轉產生了我們所熟知的經典螺旋結構。當一個星系側面朝向我們的時候，向我們靠近的部分的星光就會發生藍移，遠離我們的部分的星光就會發生紅移。
根據星光的紅藍變化，我們可以測量出一個星系離中心不同距離的旋轉速度。根據已知的物理定律：星系的大部分物質都應該集中在中心，外圍物質比內部物質的旋轉速度更慢。但實際的情況並不是這樣，這種單個星系旋轉曲線的異常導致了我們認為：即每個星系周圍一定有一個暗物質“暈”來解釋所觀察到的旋轉曲線。
引力透鏡可以測量星系、星系團的總品質當我們觀察宇宙時，我們不僅僅可以通過測量來自星系或星系團的光來推斷品質資訊。根據愛因斯坦的廣義相對論，我們還有一種難以置信的測量品質的機制：品質本身就像一個透鏡一樣，它可以彎曲後面物體的所有光線，這種現象被稱為引力透鏡。這可以以強透鏡的形式出現，上圖顯示了巨大的環狀、弧形和多重影象，下圖顯示了弱引力透鏡的形式，並且扭曲了背景星系的形狀。
我們可以通過測量其中一種或兩種效果，只要有足夠的背景光通過品質源，就可以推斷出透鏡（前景）物體中有多少品質。通過引力透鏡我們測量出的“總品質”，大約是正常物質品質的六倍。
宇宙大規模的聚集形式需要暗物質來重現我們觀測到的結構。當我們在大尺度上繪製出宇宙中最精確的星系地圖時，我們發現一定有某種不同於普通物質的物質（質子、中子和電子）來重現我們在最大尺度上看到的結構。特別是，暗物質形成了一個層次分明的宇宙網路，其中有微小的矮星系，有各種大小的螺旋星系，有包括大螺旋星系的星系群，有包括螺旋星系和巨大橢圓星系的星系團，連線星系團的細絲，以及在星系團之間物質很少的巨大宇宙空洞。
如果沒有暗物質，我們看到的宇宙結構將會非常非常不同。
首先，如果沒有暗物質，大規模結構中會有一個截止點，也就是說不會形成太大的物質結構；小的物質結構也會存在一個最低限制。也就是說不會形成矮星系或者一些小型的物質結構。
宇宙微波背景（CMB）的波動。當我們觀察宇宙大爆炸（CMB）的餘輝時，我們發現微波輻射中波動聚集的方式有一個非常特殊的模式。雖然波動在所有尺度上開始都是一樣的，但輻射和物質之間的相互作用會產生一種“波”，類似於在特定尺度下水體的漣漪。如果有暗物質的存在，它會通過引力影響輻射和普通物質，但不像普通物質與自身或輻射那樣發生相互作用。
當我們重建了這種波動模式時，就會發現發現這種波動模式只與由5%的正常物質、27%的暗物質和68%的暗能量組成的宇宙一致。我們再次看到，暗物質與正常物質的比例是5:1。
碰撞的星系團表明，大引力區域並不與大多數物質所在的地方重合。
最後，最直接的非凡證據來自兩個碰撞的星系團。在宇宙中，兩個巨大的星系團時常會引力的作用下相互碰撞，星系團中的恆星會彼此互相穿過，不容易發生碰撞，但內部瀰漫的中性氣體與另一個星系團的氣體就會發生碰撞。在這種情況下，氣體升溫和減速，聚集在中心併發射x射線（粉紅色）。但是當我們使用弱引力透鏡來重建兩個碰撞星系團的大品質位置時（用藍色表示），我們發現它和恆星一起穿過彼此。
由於恆星的品質只是正常物質品質的一小部分，所以我們知道肯定有某種形式的暗物質佔了這些星系團品質的絕大部分（85%左右）。
還有許多其他獨立的方法來測量暗物質的丰度、正常物質的不足或暗物質與正常物質的比值，包括從星系對的特殊速度、通過重子聲振盪的聲峰大小等等。雖然任何一個單獨的證據都有可能被駁倒，或者可以用另一種解釋來代替暗物質，但整套證據都指向了暗物質無可爭議的存在。
任何沒有暗物質的宇宙都不會看起來像我們的宇宙。