Letteralmente è la materia che non emette luce visibile, né onde radio, raggi X o gamma, né alcun altro tipo di radiazione elettromagnetica.
Va premesso che la teoria che si basa sull'esistenza della materia oscura presuppone la validità della Legge della gravitazione universale, anche a distanze molto grandi; in caso contrario, molte delle conclusioni sulla materia oscura andrebbero riviste.
Detto questo, tutto iniziò nel 1933 con gli studi dell'astronomo Fritz Zwicky sugli ammassi di galassie. Egli stimò la massa di ogni galassia dell'ammasso Virgo-Coma basandosi sulla sua luminosità, quindi sommò le masse allo scopo di conoscere la massa totale dell'ammasso sennonché si rese conto che in questo modo la massa era inferiore di ben 400 volte alla massa stimata basandosi sulla dispersione delle velocità individuali delle galassie dell'ammasso.
Inoltre, nelle galassie a spirale, contenenti una vasta popolazione stellare che orbita in modo circolare attorno al nucleo, si notò che anziché diminuire la velocità orbitale di tali stelle con l'aumentare della distanza dal centro, essa si manteneva costante (in netto contrasto con la III Legge di Keplero) con velocità orbitali superiori alla velocità di fuga.
Fu soltanto negli anni Settanta però che si cominciò uno studio sistematico per spiegare questa discrepanza ed è dello stesso periodo l'introduzione del concetto di materia oscura. Infatti, solo la presenza di un grande quantitativo di materia "mancante" (sia all'interno che all'esterno delle galassie) può spiegare queste incongruenze tra realtà osservata e teoria.
Nel 2006 il satellite Chandra avrebbe trovato prove dirette dell'esistenza di detta materia e l'anno successivo il Telescopio Spaziale Hubble ne ha tracciato una mappa. Altra prova dell'esistenza della materia oscura sarebbe data dalle lenti gravitazionali, nelle quali la deviazione della luce è creata da una massa visibile insufficiente.