现代天文学大量证据表明，我们宇宙的主要物质成分由一种尚不为人所知的暗物质粒子组成。根据最近欧洲航天局发射的普朗克卫星最新结果，宇宙中的暗物质比我们通常所了解的由原子分子组成的重子物质多5倍。暗物质的概念首先由瑞士天文学家茨威格在1933年提出。他通过分析我们邻近的后发星系团(COMA)的成员星系的运动发，可观测到的物质远不足以提供一个来维持其成员星系高速运动的势场。
当时他估计应该有400倍于已知物质的未知物质未被探测到。之后天文学家又通过多种天文观测，比如盘星系的旋转曲线、星系团X射线观测、引力透镜等多种方式证实了暗物质的存在。然而迄今为止，我们除了知道暗物质和重子物质仅仅具有引力作用之外，暗物质粒子究竟是什么，我们尚一无所知。
粒子物理学家们对暗物质提出很多模型，例如基于超对称理论的弱相互作用重粒子(WIMPs)模型，轴子(Axion)模型，中微子模型，惰性中微子(sterile neutrino)模型，引力子(Graitino)模型等。
不同模型下的暗物质粒子自身的内禀速度弥散不同，天文学家按照暗物质粒子的内禀速度将这些暗物质粒子大致分为三类(在天文学上速度常常和温度联系在一起）：(1)冷暗物质，包括弱相互作用重粒子、轴子等；(2)温暗物质，如惰性中微子、引力子等；(3)热暗物质，如有质量的中微子。值得一提的是，中国科学院高能物理研究所张新民研究员等发现，超对称理论的WIMPs如果由非热机制产生的话，它也可以是一种温暗物质。
虽然暗物质粒子和宇宙结构分别对应着物理上极小和极大尺度，但宇宙结构形成和暗物质粒子的属性是息息相关的。这三类暗物质粒子会在宇宙的小尺度上形成不同的结构，所以原则上我们可以通过对宇宙小尺度结构的天文观测来区分暗物质的属性。
宇宙虽然拥有极其丰富的天体和结构，但其结构形成的基本物理却非常简单。宇宙暴涨阶段的量子涨落会导致均匀的宇宙物质密度场产生极其微小的涨落。
在引力作用下，这些微小的涨落幅度会随时逐渐增长。而最小尺度的涨落会首先发展到非线性阶段而塌缩为小的、引力自束缚的系统——暗晕。这些小暗晕之后会通过并和以及吸积过程发展成越来越大的暗晕。在这个过程中，气体最初将和暗物质粒子一起成协塌缩，然后由于引力作用被加热到高温，形成一个压强和引力平衡的系统。但高温气体会通过辐射能量而降温，压强和引力平衡被打破故逐渐向暗晕中心塌缩。
在塌缩过程中，气体保持角动量守恒，所以在暗晕中心形成一个薄的高密度气体盘，因为引力不稳定性，气体盘会碎裂进而形成星系。宇宙就是通过这个简单的物理图像，逐渐形成和演化到了我们今天看到的具有丰富天体的宇宙。当然基本物理图像虽然很简单，但宇宙究竟是如何从一个近于均匀的状态演化到现在是一个非常复杂的过程。