Tamna tvar je tajanstveni oblik materije koji ima gravitacijske učinke na običnu materiju, ali se ne može promatrati na bilo koji drugi način. Dok se konvencionalni oblaci materije mogu detektirati kroz njihovu zvjezdanu aktivnost, raspršivanje svjetlosti, radio emisiju i druge načine, oblaci tamne tvari nevidljivi su velikoj većini naših instrumenata. Ipak, oni čine 90% – 99% materije u svemiru.
30-ih godina, astronomi Fritz Zwicky i Sinclair Smith izvršili su analizu brzine galaksija unutar velikih galaktičkih jata Djevica i Koma. Otkrili su da se sve galaksije kreću između deset i stotinu puta brže nego što bi trebale biti, s obzirom na procjene temeljene na opaženoj gustoći zvijezda. Nešto nevidljivo stvaralo je dodatnu gravitaciju.
Iako se činilo da su početna opažanja Zwickyja i Smitha pružila jake dokaze za tamnu tvar, nisu svi kozmolozi bili uvjereni. Budući da su ta galaktička jata bila tako udaljena, bilo je teško točno izmjeriti neovisne brzine svake galaksije na vremenskoj skali od samo desetljeća. Jači dokazi došli su 70-ih godina kada su znanstvenici poput Rubina, Freemana i Peeblesa počeli analizirati krivulje rotacije galaksija. Zvijezde u spiralnim galaksijama, poput naše vlastite, kretale su se brže oko galaktičke jezgre nego što bi njihova vidljiva masa pokazala.
Naposljetku je otkriveno da sve galaksije sadrže oreole tamne tvari koje se protežu daleko izvan granica galaksije prikazanih kroz teleskop. Za ove aureole se kaže da se sastoje od MACHO (masivnih astrofizičkih kompaktnih halo objekata) i WIMP-a (masivnih čestica sa slabom interakcijom). Teoretizira se da su MACHO uglavnom crne rupe i smeđi patuljci (izgorjele zvijezde). Sastoje se od konvencionalne ili barionske tvari – atoma koji su nam poznati, samo jako komprimirani. Za WIMP-ove se kaže da su nebarionski oblici materije, slabo interakcijske čestice koje se kreću relativističkim brzinama. Najvjerojatniji kandidat za WIMP-ove su neutrino i njegovi rođaci.