Se llama así a la materia dispersa por el universo que, por no emitir radiación o por ser ésta demasiado débil, no puede ser detectada. La materia oscura forma según algunos astrónomos el 90% del cosmos que conocemos, y resulta fundamental para conocer el futuro del universo. Existen diversas hipótesis sobre cuál podría ser esta materia: planetas, enanas marrones, nebulosas oscuras, agujeros negros, estrellas de neutrones, nubes de polvo, neutrinos... e incluso algo tan exótico como la enigmática energía oscura.

La materia oscura es el punto central de los grandes enigmas de la astrofísica. Aunque existe constancia experimental de que el universo está en expansión, los astrónomos no han conseguido determinar todavía si esta expansión será indefinida o si, por el contrario, ésta se acabará deteniendo siendo sustituida por una posterior contracción. La existencia o no de esta hipotética contracción dependerá de la cantidad total de masa presente en el universo, con lo cual una materia oscura abundante determinaría que la atracción gravitatoria fuera superior a la fuerza centrífuga de las galaxias y por lo tanto, tras la actual expansión, el universo entraría en una fase de contracción. Una cantidad de materia oscura insuficiente, por el contrario, haría que la fuerza centrífuga de las galaxias fuera superior a la atracción gravitatoria, por lo que el universo se mantendría en una expansión indefinida.