对于天文学家来说，暗物质与恒星、行星一样，都是真实存在的物质。天文学家可以绘制暗物质分布图，把一个个星系视为由“发光”的普通物质点缀着的暗物质云团。借用暗物质，科学家还成功地解释了宇宙结构是如何形成和演化的。然而，经过10多年的搜索，我们至今仍然没能直接探测到暗物质。我们被笼罩在暗物质的云团中，却不知宇宙的暗面究竟为何物。
科学家早已确信，暗物质不是我们所熟知的任何一种普通物体或粒子。
目前，理论研究倾向于认为暗物质由一种新粒子构成，这种粒子与普通粒子之间存在弱相互作用。大量暗物质粒子会在宇宙空间中穿行，甚至能够穿透地球，因此我们有理由相信，总有一些暗物质粒子会在我们身边留下踪迹。物理学家将晶体放置在低温探测器中，深埋于地下以便屏蔽掉普通粒子带来的噪声，静静等待探测器中的能量和闪光信号。这些信号将会暴露那些神秘的未知粒子的行踪，然而截至目前，研究人员仍然一无所获。
各项实验都没有得到结果，这使得暗物质所能够存在的参数区间越来越小。面对实验结果的荒原，理论物理学家假想了一些性质更加奇特的粒子，但这些粒子大部分都更难探测。在实验上，我们还可以尝试用粒子对撞机来制造暗物质，通过探测粒子的总能量是否呈现表观上的减少，来判断碰撞中是否有暗物质产生。欧洲核子中心的大型强子对撞机做了这项实验，但尚未发现暗物质的踪迹。
一些理论物理学家怀疑，也许暗物质根本就不存在，而是目前的引力理论，即爱因斯坦的广义相对论，误导了我们。根据广义相对论，如果星系中仅仅包含可见的普通物质，那么其所产生的万有引力将不足以维持星系的形态，星系中的物质会飞散到宇宙空间中去。诚然，广义相对论可能有漏洞，但目前为止，它经受了所有的实验检验，而能够挑战广义相对论的理论则总是看上去包含有致命的缺陷。
尽管大多数暗物质探测装置都没有得到任何结果，但有两个实验却声称发现了暗物质。这两个与众不同的实验结果均有争议，很有可能是错的，但也值得我们仔细审视。
当前，人类对于暗物质的搜索，主要集中在一种最简单的候选粒子，即弱相互作用大质量粒子。这个“弱”有两层含义，一方面指这种相互作用的强度非常微弱，另一方面也指这种粒子与普通物质之间只存在弱核力相互作用。弱相互作用大质量粒子，是粒子物理标准模型的自然扩展。即便不了解更多的细节，一个“弱”字所包含的信息也足以供物理学家计算出宇宙中有多少这种粒子。
寻找暗物质粒子，最强大的工具应该是新的粒子对撞机。未来三十年，物理学家计划建造一台能量是大型强子对撞机7倍的粒子对撞机，中国和欧洲目前正在进行相关研究。如果只是简单地增大对撞机的规模的话，按照当前的货币计算，它将花费约250亿美元。如果这笔资金由多个国家共同承担，并且在几十年间陆续投入，那么这样的超级对撞机或许有可能建成，但它也是人类最后的王牌了。