Η λεγόμενη «σκοτεινή ύλη» καταλαμβάνει το 25% του Σύμπαντος, ενώ την ίδια στιγμή η ορατή ύλη μόνο το 4-6%.
Η μελέτη της σκοτεινής ύλης αποτελεί σήμερα μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της πειραματικής φυσικής. Η ανίχνευση σωματιδίων «σκοτεινής ύλης» και η μελέτη του τρόπου, που αλληλεπιδρούν με την «ορατή» ύλη, μπορεί να μας δώσει μια βαθύτερη κατανόηση της φύσης και στην επαναδιατύπωση των θεωριών που την περιγράφουν. Η σκοτεινή ύλη ονομάζεται έτσι γιατί δεν αλληλεπιδρά με το ορατό φως ή για την ακρίβεια με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Σε γενικές γραμμές, σήμερα, υπάρχουν δύο «οικογένειες» σκοτεινής ύλης που ερευνούν οι επιστήμονες: η βαρυονική και η μη βαρυονική. Η πρώτη είναι συνηθισμένης μορφής ύλη, η οποία για κάποιο λόγο δεν εκπέμπει κάποιας μορφής ακτινοβολία, που θα την καθιστούσε ορατή.
Τέτοια αντικείμενα μπορούν να είναι καφέ νάνοι με μάζες κάτω από 0,08 της μάζας του Ήλιου ή άλλα αντικείμενα με μάζα κοντά στη μάζα του Δία (0.001 της μάζας του Ήλιου). Ωστόσο μέχρι σήμερα τα γεγονότα μικροεστίασης, που έχουν παρατηρηθεί δεν είναι αρκετά για να εξηγήσουν όλη την ποσότητα της βαρυτικά παρατηρούμενης σκοτεινής ύλης στον περιγαλαξιακό χώρο.
Η μη-βαρυονική σκοτεινή ύλη, σύμφωνα με τους ερευνητές μπορεί να αποτελείται από βαριά νετρίνο ή από δύο άλλες κατηγορίες σωματιδίων που είναι τα αξιόνια και τα WIMPs. Eπιπλέον, όπως η ορατή ύλη αποτελείται από μια ποικιλία σωματιδίων, όπως τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια, δεν θα ήταν παράλογο να περιμένει κανείς πως και η σκοτεινή ύλη θα αποτελείται από διαφορετικά είδη σωματιδίων.
Η σκοτεινή ύλη αντιπροσωπεύει το 84,5% της συνολικής ύλης του σύμπαντος, ενώ όσον αφορά στις ιδιότητές της, το μόνο που γνωρίζουν με βεβαιότητα οι επιστήμονες είναι πως δεν ανακλά ούτε απορροφά ακτινοβολία, με συνέπεια να μην μπορούν να την ανιχνεύσουν ή να τη μετρήσουν. Η ύπαρξη και ο τρόπος δράσης της προκύπτει μόνο από τον τρόπο που με τη βαρύτητά της επιδρά στη συμβατική ύλη και το φως.
Μέχρι σήμερα τα στοιχεία για την ύπαρξη σκοτεινής ύλης προέρχονται από την ερμηνεία των αστροφυσικών παρατηρήσεων, με βάση την θεωρία που έχουμε για την βαρύτητα. Αν η θεωρία της βαρύτητας ήταν λάθος, τότε ίσως και το συμπέρασμα πως πρέπει να υπάρχει σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να είναι λάθος. Ωστόσο, μετά την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων έχουμε περισσότερους λόγους να πιστεύουμε πως η υπόθεση της σκοτεινής ύλης είναι σωστή.
