20多年來，在天文物理學上仍沒有進展的一個重大問題就是暗物質（DarkMatter）。在20世紀30年代，一位天文學家觀測銀河係後，發現有一些特殊而被隱藏的質量，以萬有引力保持銀河係的快速旋轉。
一直到20世紀70年代，發現旋渦星係的重力牽引高速旋轉的星球，保持快速運行而不至脫離。這個星係的質量可由理論推算，當星球在旋渦星係的邊緣以高速環繞著旋轉時，這個星係的總質量可由此星球的質量和旋轉速率估算出來。但由於某種形態的星球及星係的絕對亮度與質量之間有一定的關係，依據星體的絕對亮度調查星體的質量，再乘測量的數量，可推算出宇宙中看得見的物質之質量。即實際以天文望遠鏡觀測星係的全部星球，所估算的星係質量比前者估算的總質量少很多；從而發現星係似乎隱藏著大量看不見的質量。
以銀河係為例，由維係銀河係運行所需的引力計算銀河係的質量，與由觀測到的恒星數計算銀河係的全體物質總質量比較，相差10倍以上。又根據觀測氘（D）、氦-3（He）、氦-4（He）及其他元素與豐存量所得，指出以質子和中子型態存在的物質，其密度小於由星係團動力學所導出總物質的10%。
由銀河係推測到其他星係，甚至星係團及超星係團中，也有大量黑暗物質存在。有多種觀測數據估算，宇宙中有多於總質量的90%為不能用電磁波觀測到的物質，這些物質即為暗物質。故宇宙間最普遍的東西，就是暗物質。
黑暗物質可能以非重子或熱黑暗物質和重子或冷黑暗物質兩種方式存在。非重子或熱黑暗物質方式中，如光子和微中子以光速或近於光速在移動，實際上不見有靜止質量，也找不到有質量的證據。
假想中磁單極被認為不可能存在，若是宇宙中有大量磁單極，則銀河的電場早就被撕裂了。另一假想中的軸子，是為了解釋強交互作用力以維持原子核不散開而提出的一種假想粒子，而其尚未得到實驗證實。