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宇宙中大部分物質仍然處於“失蹤”狀態——至少，長期以來，這是標準的宇宙學正規化。
然而，現在，一小群但聲音洪亮的宇宙學家正在挑戰廣為接受的宇宙學模型中關於暗物質的信條。該模型認為，宇宙大約由 70% 的暗能量、25% 的暗物質和僅 5% 的普通（或重子）物質組成。暗物質，無論它是什麼，都會產生引力，但除此之外，它與普通物質的相互作用非常微弱（如果存在相互作用的話）。光似乎對暗物質沒有影響——因此得名。
暗物質對宇宙影響的證據可以追溯到 20 世紀 30 年代，並且近年來變得越來越有力。美國宇航局具有開創性的宇宙學衛星威爾金森微波各向異性探測器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe）自發射以來的十年裡，對被稱為宇宙微波背景的古老光回聲中暗物質的足跡進行了可靠的間接探測。而且，在星系團周圍以及單個星系周圍的引力相互作用中，也推斷出了暗物質的影響。
但是，暗物質本身尚未被探測到，無論是直接在粒子物理實驗室中作為一種新的亞原子粒子被探測到，還是透過同樣在亞原子領域執行的中微子望遠鏡被探測到，或者使用在電磁頻譜中執行的望遠鏡獲得這種隱藏物質的具體證據。一些天體物理學家希望費米伽馬射線太空望遠鏡（Fermi Gamma-Ray Space Telescope）能夠提供佐證，即使仍然有些間接，證明星系中暗物質粒子的相互湮滅。
以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel）的天體物理學家莫德海·米爾格龍 (Mordehai Milgrom) 說：“暗物質的出現是因為人們毫無疑問地在星系和星系團中發現了質量差異。”
例如，螺旋星系邊緣的恆星的旋轉速度比僅用牛頓引力就能解釋的速度快得多；只有當天體物理學家修改引力本身，或者由於諸如暗物質之類的未知質量來源而引入額外的引力加速度時，這種情況才能得到合理的解釋。
米爾格龍說：“可見物質的質量遠遠不足以解釋這些系統所顯示的引力。” “主流觀點認為這是由於暗物質的存在，而像我這樣的人則認為引力理論必須修改。”
米爾格龍對暗物質的懷疑長期以來使他處於專業天文學界的邊緣。但是，正如羅格斯大學（Rutgers University）天文學家傑瑞·塞爾伍德 (Jerry Sellwood) 指出的那樣，“人們開始認為我們應該已經找到一些獨立的暗物質證據，但這種情況並沒有發生。”
這在很大程度上可以說是由於暗物質被理論化為與普通物質的相互作用極小。但是，一些觀測活動並未在預期存在暗物質的地方看到暗物質的影響。理論預測，包括我們銀河系在內的螺旋星系被巨大的暗物質暈包圍，這些暗物質暈提供了星系缺失的質量。但是，銀河系自身的暗物質暈也尚未被探測到，即使是間接探測也沒有。其假定的存在主要是從諸如麥哲倫星雲（Magellanic Clouds）之類的衛星星系的異常旋轉中推斷出來的，這些星系圍繞銀河系旋轉的速度太快，以至於無法僅用普通引力來解釋。
最近，還有人預測一個暗物質盤將位於銀河系平面內，與銀河系本身共同旋轉。但是，在對位於銀河系平面外至少 6000 光年的約 300 顆恆星的運動進行分析後，智利康塞普西翁大學（University of Concepción in Chile）的天文學家克里斯蒂安·莫尼·比丁 (Christian Moni Bidin) 及其同事得出結論，沒有“令人信服的證據”表明存在這樣的暗物質盤。但是，考慮到他們自身分析中的不確定性，他們承認不能完全排除這種暗物質盤的存在。
克里斯蒂安·莫尼·比丁是 11 月 20 日出版的《天體物理學雜誌快報》 (The Astrophysical Journal Letters) 中一篇詳細介紹該發現的論文的第一作者，他說，人們總是可以得出結論，暗物質之所以逃脫探測，是因為它具有奇異的性質或意想不到的特性。他說，“但是，未能像我們這樣在間接運動學測量中探測到它，意味著找到出路更加困難。”
另一個動力學難題來自所謂的 Tully-Fisher 關係，該關係描述了星系的亮度與其旋轉速度之間的關係：亮度越高，星系旋轉得越快。
米爾格龍說，螺旋星系外圍測得的旋轉速度“非常嚴格地僅取決於星系的總可見質量”。但是，如果暗物質理論是正確的，那麼星系外圍旋轉的恆星的速度也應該取決於星系暗物質暈的形狀。
馬里蘭大學學院公園分校（University of Maryland, College Park）的天文學家斯泰西·麥高夫 (Stacy McGaugh) 說：“暗物質暈應該是塊狀的、充氣不足的橄欖球形狀；而不是球形的。” “從統計學上講，這意味著對於相同的亮度，我們應該看到許多 [不同的星系旋轉] 速度。但我們沒有看到。”
相反，麥高夫說，“重子尾巴搖著暗物質狗”。換句話說，天文學家可以根據給定星系的恆星分佈來預測星系旋轉曲線的樣子。麥高夫提出，如果暗物質占主導地位，那麼觀測者不應該能夠透過他們在普通發光物質中看到的東西來預測星系旋轉曲線。
他說，“因為每個暗物質暈都應該是獨一無二的，所以對於同一個星系，您應該看到旋轉曲線的很多變化。” “您不會期望在我們觀察到的數百條星系旋轉曲線中看到的那種一致性。”
即使暗物質在如此大的星系尺度上引起了疑問，粒子物理學家仍然希望它能在實驗室中被探測到。例如，如果太陽中的暗物質粒子發生自湮滅，那麼這種湮滅事件可能會產生高能中微子，這些中微子有可能透過地面中微子望遠鏡探測到。
然後還有探測器，例如義大利格蘭薩索國家實驗室（Italy's National Laboratory in Gran Sasso）的 Xenon100 實驗，旨在記錄來自粒子暗物質的直接撞擊。 Xenon100 旨在透過觀察 WIMP 是否從液氙罐中的原子反彈的跡象來尋找最受青睞的暗物質粒子候選者——弱相互作用大質量粒子 (WIMP)。然而，最近對 2009 年為期 11 天的觀測執行的分析未能識別出任何此類暗物質粒子，這使人們對兩個競爭團隊先前關於可能存在暗物質訊號的說法產生了懷疑。
凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）的天體物理學家克里斯·米霍斯 (Chris Mihos) 說，進行此類探測的一個問題是對區域性宇宙中暗物質密度的不確定性。“暗物質粒子是不存在，”他疑惑道，“還是我們在區域性暗物質密度方面只是運氣不好？”
當前的直接探測方案包括潛在的暗物質粒子，其質量是質子的質量的 1 到 1000 倍，並且相互作用“截面”大約是中子的尺寸的萬億分之一。
麥高夫說，在每次未探測到之後，理論家都會不斷地重新定義 WIMP 的相互作用截面，使其達到安全的無法探測的水平。他補充說，這種行為可能會引發實驗物理學家和理論家之間永無止境的跳蛙遊戲，使他們能夠像往常一樣繼續開展工作，而無需修改他們的宇宙學。
米霍斯說：“暗物質模型中存在很多錯位的確定性——一種感覺是，不是‘是否’我們直接探測到暗物質，而是‘何時’。”
或者，正如麥高夫所說，“一旦您確信宇宙充滿了只通過引力與普通物質相互作用的隱形物質，那麼就幾乎不可能消除這種想法。總有辦法擺脫任何觀察結果。”