正電子的發現引發了科學家們對反物質的興趣。
所謂反物質就是普通物質的相反狀態。科學家們認為，物質是在宇宙誕生之初由巨大能量從虛無的真空產生的，按照物理學中的等效真空理論，正、反物質的數量應該是相等的，隻有這樣，當它們相遇時雙方才會相互湮滅，重新轉化為能量。隻是後來由於某種原因，導致正物質數量多於反物質，再加上有的反物質難於被觀測，所以在我們看來，當今世界主要是由正物質構成的。例如我們日常所接觸到的原子都是由帶負電的電子和帶正電的原子核組成，很難遇到由帶正電的正電子和帶負電的原子核組成的反原子。
1955年，美國科學家西格雷和張伯倫用高能粒子加速器加速質子，轟擊銅靶，首次“捕捉”到反質子。它們的質量與質子完全相同，但攜帶的電荷正好相反。與正電子一樣，反質子也是一瞬即逝，僅存在了4×10-8s，就同原子核內帶正電的質子相結合而湮沒，轉化成γ射線和一些較小粒子，因此要辨認出它們很不容易。每產生一個反質子，就會出現4萬個其他粒子。西格雷和張伯倫精心地設計配置了各種探測器，最終辨認出反質子。他們二人因此榮獲了1959年諾貝爾物理學獎。此後，科學家們又陸續發現了反μ子、反π介子、反中微子等其他反物質。
反物質在地球上非常罕見，隻有部分放射性物質在衰變時發射出正電子。另外，偶爾有少量反質子夾雜在來自遙遠星係的宇宙線中從天而降，這些高能宇宙線擊中大氣層中的原子時所引起的粒子簇射也會產生微量的反粒子。
那麼，在宇宙中是否有大量反物質呢？天上有沒有反恒星或反星係呢？這個問題目前還沒有答案，因為光子是中性粒子，正、反恒星發出的光都是一樣的，天文學家無法通過光譜、射電、X射線或γ射線來分辨遠處恒星是否由反物質組成，而反中微子又幾乎不與任何物質相互作用，很難探測到它們。不過，科學家已通過反證法確認，包括銀河係以及超星係團在內的大約距地球1億光年的空間範圍內都是由正物質組成的，沒有反物質天體存在，否則我們就會觀測到湮滅過程產生的強烈γ射線。但天文學家注意到，在宇宙更遙遠的地方有許多很強的γ射線源，也許那裏聚集著反恒星或反星係，夾雜著反質子的宇宙線可能就來自那裏。
由於受大氣幹擾，在地麵上很難探測到反物質，因此科學家們把探測儀器搬上國際空間站，做更進一步的數據采集，其中就有中國科學家製造的α磁譜儀。如果能從宇宙線中觀測到哪怕隻有一個反α粒子，就能夠證明宇宙中存在反物質天體。