Οι γαλαξίες συγκρατούνται από τη σκοτεινή ύλη, μια αόρατη ουσία που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του σύμπαντος.

Η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1930 από τον Ελβετό αστρονόμο Fritz Zwicky. Παρατηρώντας το σμήνος γαλαξιών Coma, ο Zwicky διαπίστωσε ότι οι γαλαξίες κινούνταν πολύ πιο γρήγορα από ό,τι θα επέτρεπε η ορατή τους μάζα. Υπολόγισε ότι έπρεπε να υπάρχει περίπου 400 φορές περισσότερη μάζα από αυτή που έβλεπαν τα τηλεσκόπια για να παραμείνει το σμήνος ενωμένο.Στη δεκαετία του 1970, η αστρονόμος Vera Rubin παρείχε ισχυρότερες αποδείξεις μελετώντας τις καμπύλες περιστροφής των γαλαξιών. Παρατήρησε ότι τα άστρα στις εξωτερικές άκρες των γαλαξιών περιστρέφονταν με την ίδια ταχύτητα με τα άστρα κοντά στο κέντρο. Σύμφωνα με τους νόμους του Νεύτωνα, τα εξωτερικά άστρα θα έπρεπε να κινούνται πιο αργά, εκτός αν υπήρχε μια τεράστια ποσότητα αόρατης μάζας που τα συγκρατούσε.Σήμερα, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 27% του σύμπαντος, ενώ η κανονική ύλη μόλις το 5%. Το υπόλοιπο 68% αποτελείται από τη σκοτεινή ενέργεια, μια δύναμη που επιταχύνει τη διαστολή του σύμπαντος. Αν και η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με το φως ή την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η παρουσία της επιβεβαιώνεται μέσω του φαινομένου του βαρυτικού φακού, όπου η μάζα της καμπυλώνει το φως μακρινών γαλαξιών.