مادهٔ تاریک نوعی ماده است که وجود آن در اخترشناسی و کیهان‌شناسی به‌منظور توضیح پدیده‌هایی مطرح شده که به نظر می‌رسد ناشی از وجود مقدار خاصی از جرم باشد که بیشتر از جرم قابل مشاهده در جهان است. این ماده به‌طور مستقیم با تلسکوپ قابل مشاهده نیست و به همین دلیل به آن "مادهٔ تاریک" گفته می‌شود، زیرا ظاهراً هیچ‌گونه تعاملی با میدان الکترومغناطیسی ندارد. به عبارت دیگر، مادهٔ تاریک نه نور تولید می‌کند، نه آن را بازتاب می‌دهد و نه جذب می‌کند، بنابراین نمی‌توان آن را دید. به طور خلاصه، مادهٔ تاریک ماده‌ای است که نسبت به نور واکنشی نشان نمی‌دهد. وجود و ویژگی‌های این ماده را می‌توان به‌طور غیرمستقیم از طریق تأثیرات گرانشی آن بر روی مادهٔ مرئی، تابش و ساختار بزرگ‌مقیاس جهان استنباط کرد. بر اساس داده‌های تیم مأموریت پلانک در سال ۲۰۱۳ و با استناد به مدل استاندارد کیهان‌شناسی، کل جرم-انرژی موجود در جهان شناخته‌شده شامل ۴٫۹٪ مادهٔ معمولی، ۲۶٫۸٪ مادهٔ تاریک و ۶۸٫۳٪ انرژی تاریک است. به این ترتیب، مادهٔ تاریک ۲۶٫۸٪ از کل مادهٔ موجود در کیهان را تشکیل می‌دهد. اخترفیزیک‌دانان برای توضیح اختلاف میان جرم محاسبه‌شده اجرام غول‌پیکر آسمانی، که از دو روش تأثیرات گرانشی و مواد درخشان درون آن‌ها به دست می‌آید، فرضیهٔ مادهٔ تاریک را مطرح کردند. این فرضیه نخستین بار توسط یان اورت در سال ۱۹۳۲ برای توضیح سرعت‌های مداری ستارگان در کهکشان راه شیری و سپس توسط فریتس زوئیکی در سال ۱۹۳۳ برای توضیح شواهد مربوط به «جرم گمشده» در سرعت‌های مداری کهکشان‌ها در خوشه‌های کهکشانی ارائه شد. پس از آن، مشاهدات دیگری نیز به وجود مادهٔ تاریک در جهان اشاره کردند. از جمله این مشاهدات می‌توان به بررسی سرعت‌های چرخشی کهکشان‌ها توسط ورا روبین در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، همگرایی گرانشی اجسام پس‌زمینه توسط خوشه‌های کهکشانی مانند خوشه گلوله و الگوهای ناهمسان‌گردی دما در تابش زمینه کیهانی اشاره کرد. کیهان‌شناسان بر این باورند که مادهٔ تاریک عمدتاً از نوعی ذره زیراتمی ناشناخته تشکیل شده است. جست‌وجو برای یافتن این ذره با استفاده از ابزارهای مختلف، یکی از تلاش‌های اصلی در زمینه فیزیک ذرات بنیادی به شمار می‌آید.
