La materia oscura nell'Universo è un'ipotesi nata già nella prima metà del Novecento, quando ci si rese conto che le stelle in orbita attorno alle galassie ruotano come se ci fosse più materia di quella che si vede ad attrarle. Questo tipo di osservazione è ancora oggi lo strumento principale con cui viene studiata la distribuzione della materia oscura nelle galassie.

Recentemente però gli scienziati hanno iniziato a studiare e misurare altre grandezze. Una di queste è la radiazione di fondo dell'Universo, una radiazione che permea il cosmo e viene interpretata come il rumore del Big Bang; questa luce porta una traccia della presenza di materia oscura nell'Universo.

Un'altra misura della materia oscura, indipendente dalle precedenti, viene eseguita con le lenti gravitazionali, effetti spiegati grazie alla relatività generale che deviano il percorso rettilineo dei raggi luminosi curvandolo intorno a grandi ammassi di galassie rivelandone il contenuto di materia, inclusa quella oscura.

Tutte queste misure concordano nell'affermare che la materia oscura corrisponde al 25% circa dell'intera energia nell'Universo. Purtroppo però, non sono osservazioni dirette, ma conseguenze delle proprietà gravitazionali della materia oscura.

Attualmente sono allo studio tecniche di rivelazione dirette, che potrebbero catturare alcune delle particelle che costituiscono la materia oscura. Questo studio presuppone che la materia oscura sia composta da particelle elementari che interagiscono tramite l'interazione debole, una delle quattro interazioni fondamentali. Il tipo di interazione e i limiti attuali degli apparati sperimentali di cui oggi disponiniamo, rendono però particolarmente difficile questo tipo di misura.