没有人确切知道宇宙中超过80％的物质是由什么组成的。虽然这个通常所谓的暗物质，并不与光发生相互作用，不能被直接探测到，但科学家们通过引力的相互作用(它的效果在遥远的星系团中是可见的)看到了其存在的迹象。利用迅速发展的技术，物理学家们进行了一项重大的努力，来探测被认为是组成了暗物质的奇异粒子(在理论上存在的一类粒子，被断言具有极不寻常的特性)。
　　
　　先进稀薄电离热量计(ATIC)，这个装载在气球上的仪器，用来探测可能是暗物质粒子之间湮灭碰撞证据的宇宙射线的爆裂。ATIC在南极洲罗斯岛(Ross Island)麦克默多站(McMurdo Station)进行放飞，那里经常出现几种夏季风，会带着探测仪绕着南极点进行一段长长的飞行。本页图片是2005年工人们在麦克默多为气球起飞做准备；在对页图片上，是ATIC为2007年的升空进行测试。
　　
　　暗物质最早是加利福尼亚理工学院的天体物理学家弗里茨·兹威基(Fritz zwicky)在其20世纪30年代发表的论文中提出的。上图是兹威基在帕洛玛天文台的照片，他计算出所研究的星系团的质量超出当时望远镜所测得的大小所能解释的质量。对页的图像，合成自哈勃太空望远镜摄下的图像，显示了一个环状的暗物质的拉拽如何扭曲了来自遥远星系的星星的光。
　　在暗物质的搜寻中最有希望的是对弱作用重粒子(WIMP)的直接探测。物理学家相信很有可能先找到WIMP的探测器，来自低温暗物质搜寻计划(CDMS)，如左下角图。那两个六角形的盒子里装有被保持在接近绝对零度的大型半导体晶体。当一个WIMP轰击，半导体内的原子核将以一种特别的方式反冲，创造出一个电子空洞和少许热量，这会被超导电路以及一个作为极敏感的热量计的钨薄膜检测到。研究者希望每三个月里在每千克晶体中看到大约一个粒子。其他的WIMP探测器——包括XENON(氙暗物质搜索实验)，如上所示，和WARP(“WIMP氩计划”)，如对页图中——设计者用大量液化惰性元素来捕捉核反冲。左边的位于机器中央的玻璃室充满了一种会蒸发的液体，当一个WIMP轰击时，会形成直径l毫米大的气泡。由于热能和宇宙射线也会引起核反冲，探测还需要通过其他技术进行验证。
　　2011年5月，隶属于意大利国家核子物理研究所Gran Sasso国家实验室(建在地下1400米的隧道中，是全球最大的地下粒子物理实验室，来自22个国家的750多名科学家在这里进行探测暗物质和中微子的实验)研究人员报告说，他们利用XENONl00粒子探测器进行了为期100天的观测，并发现其中有3个事件可能是由暗物质粒子与他们在探测器中放置的62千克液态氙碰撞所引起的。
　　但是，研究小组在提交给《物理评论快报》(PRL)的一篇论文中指出，他们大致认为，这是来自普通粒子的两个假阳性。这一结果表明，其他声称发现暗物质的观测结果可能也是站不住脚的。尽管如此，物理学家们仍然希望，更大的探测器能够在未来几年内提供有关暗物质粒子的确凿证据。