暗物质概念的提出，是基于星系中的恒星绕星系中心的运动速度。按照牛顿的万有引力定律计算的结果，恒星离中心越远，它的运动速度应该越小；可实际观察结果却是，星系边缘的恒星的运动速度几乎没有差异。
是什么导致了这一现像？有人推测宇宙中应该有某种暗黑物体，对恒星施加了影响。根据速度偏差图（又称旋转曲线），Kelvin在1884年估计了黑暗物体的数量。1933年，瑞士天文物理学家Fritz Zwicky 根据virial 定理，推出了不可见质量（他称之为暗物质）大约为可见质量的400倍。另外，根据爱因斯坦的质能转换定理，在一个星系一定半径内，质量与光量的比值应当是恒定的。可根据旋转曲线推算出来的这一比值，却是随着半径而增加的。Babcock把这归因于光的吸收，或者星系外围的动力受限，而不是消失的物质。
根据广义相对论，当遥远的光线经过一个大质量物体时，观察者会看到光线弯曲了。中间物体的质量越大，光线的弯曲就越厉害。根据这个弯曲程度，人们可以计算出质量与光的比值；扣除可见的物质部分，就知道有暗物质存在。
根据Lamda-CDM模型的估计，我们的宇宙里仅有5%的通常物质和能量，27%为暗物质，68%是暗能量。如此大量的暗物质，人类怎么就是检测不到呢？既然是不可见的，那就无法光测到。它应该与普通物质很少发生作用，除了引力之外。牛顿万有引力定律的准确性就没有人怀疑吗？它连行星轨道的偏移也解释不了。爱因斯坦加了一项上去，方才推出了相对论。可是，自然定律是可以随意加减几项的吗？为了解释暗物质，人类的物理真得改写了。
暗物质也应该是有层次结构、由一些基本粒子组成的，正如普通物质是由分子原子、夸克和轻子组成的一样。三种中微子太轻，即使量大，也不可能是暗粒子的构成成分，因为密度不够。有人提出了WIMPS，弱相互作用大质量粒子；它们通过引力和其它力相互作用。也有人提出了原子大小的黑洞，与primodial black holes相似，在宇宙大爆炸的早期形成，密度无穷大；可是被证明了不存在。还有人提出了光介子（light bosons）或称axions；等等。现在普遍认为，暗粒子具有非重子型（non-baryonic）的成分。由于不能失去能量、也没有相互作用，暗粒子无法形成具有一定结构的形状。
如果暗物质是由粒子组成的，这些粒子定会在宇宙中大量飘散。人们可以观察它们在普通物质的原子核周围的散射，为此，物理学家们已经在深入地底之处，做了大量试验，尚无收获。也可以观察暗粒子衰变所形成的产物；它们总该互生互灭，产生某种射线吧？困难在于如何分辨暗粒子发出的信号；更主要的是，检测仪器的精准度。
也许人们能够用LHC(大型粒子对撞机)在实验室里制造出暗物质来。因为暗粒子与普通质子或电子鲜有作用，有人建议去检测那部分失去的能量和动量，如果知道碰撞形成的其它产物的话。问题是，这种LHC的工作原理是什么？总能量和总动量怎么计算？
先看看普通物质是如何形成的。按照量子理论的标准模型，是由于Higgs介子（上帝粒子）的存在，产生了Higgs标量场。夸克、电子、光子在其中运动受阻，相互作用而结合成形状，部分动能转变成了结合能或称势能；这些结合能或势能就是质量。
暗能量该登场了。由Hubble望远镜所观察到的宇宙加速膨胀现象表明，可见物质和能量，是不可能让各个星系加速脱离彼此的；必定有某种看不见的力量（上帝之手）在推动这一切的发生。暗能量一词是Michael Turner在1998年创造的。暗能量有两种形式，一种是宇宙常数，代表宇宙里恒定的能量密度，也就是爱因斯坦在他的引力方程式中所添加的常数项，目的是维持一个静态的宇宙。然而，此项的添加，反而让宇宙不稳定了。看来，我们需要一个更准确的引力场方程。
第二种暗能量来自一些动态的标量场，其能量密度随着时刻与空间位置而变化，有人称之为第五种基本力（quintessence）；它可以是吸引性的，也可以是排斥性的，取决于它的动能与势能的比值。这种力尚无任何表达式，其携带者的身分也未知，作用方式也不知，更别说用于检测了。
类似于Higgs介子，我们就叫这些携力粒子Quigs吧。由于它们的存在，形成了第五力场；暗粒子在其中运动受限，相互微动而形成了弦，部分动能转变成了势能；这些势能就是暗质量。暗能量与明能量相互作用，就形成了引力波。正是引力波导致了宇宙的加速膨胀。这一切的一切，都是可以通过式子来演算的；Quigs的检测还有待精密仪器的制造。
