Тъмната материя е термин, означаващ материята във Вселената, която не може да се наблюдава. Но тази материя може да се засече по нейния гравитационен ефект върху другите тела. На съвременния етап от развитието на астрономията съществуват редица доказателства – наблюдателни и теоретични, които показват, че повече от 90% от масата във Вселената е тъмна материя с неизвестен произход. Единственият начин, по който тази материя може да бъде регистрирана наблюдателно, е чрез гравитационното ѝ влияние върху видимата част на Вселената. Отношението на масите на видимата и невидимата материя не е точно определено, но се смята, че то е около 0.07, т.е., ние виждаме само 7 процента от цялата Вселена.

Природата на тъмната материя е напълно неизвестна. Тя може да има барионен или небарионен произход. Барионната тъмна материя би могла да бъде съставена от планети и звезди с ниска маса, като бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки, които са крайни етапи от еволюцията на масивните звезди. Възможно е тъмната материя да съдържа свръхмасивни черни дупки. В последно време нараства интересът към тезата, че тъмната материя е съставена от небарионни елементарни частици, остатъци от Големия взрив. Те обаче засега са хипотетични.

Разликата между видимата и динамично измерената маса във Вселената може да бъде обяснена и по принципно различен начин – чрез други физически закони. Предложени са модификации на Нютоновата теория на гравитацията, при която динамиката на галактиките се обяснява без тъмна материя. Колкото радикални и невероятни да изглеждат тези теории, те биха били много важни, ако се окажат верни.