根据广义相对论，来自星系团背后的光线经过大质量星系团时会发生弯折，这与光学中的透镜类似。可一根据背景光线的弯折程度，推算出星系团中物质的分布。这三种方法互不影响，相互佐证，使得星系团观测成为研究暗物质的重要手段。这些观测一致表明星系团中物质的总质量远超出其中可见物质的总质量。
在宇宙尺度上，通过对宇宙中微波背景辐射（cosmic microwave background radiation）各向异性的精细观测，可以确定出宇宙中暗物质的总量。观测表明宇宙总能量的26.8%由暗物质贡献，构成天体和星际气体的常规物质只占4.9%，其余68.3%为推动宇宙加速膨胀的暗能量。
大型计算机对宇宙演化的N－体引力模拟显示，无碰撞的低速暗物质粒子在引力作用下逐步聚集成团，这一过程能形成我们今天看到的大尺度结构。这些结构的暗物质分布具备普适的质量分布。低速运动的暗物质有利于大尺度结构的形成。而高速运动的粒子趋向于抹平结构。因此不支持中微子作为主要的暗物质粒子候选者。
暗物质的存在已经得到了广泛的认同，然而对暗物质属性了解很少。已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：
（1）暗物质参与引力相互作用，所以应该是有质量的，但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定。
（2）暗物质应是高度稳定的，由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据，暗物质应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的。
（3）暗物质基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用必须非常弱，以至于暗物质基本不发光；暗物质也基本不参与强相互作用，否则原初核合成的过程将会受到扰动，轻元素丰度将发生改变，将导致与当前的观测结果不一致。
（4）通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即“冷暗物质”，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成观测到的大尺度结构。
综合这些基本属性。可以得出结论暗物质粒子不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。
弱相互作用有质量粒子（WIMP）是被最广泛讨论的暗物质候选者之一，它是指质量和相互作用强度在电弱标度附近的某种稳定粒子，通过热退耦机制获得已知的剩余丰度。WIMP应该基本是电中性和色中性的，因此不直接参与电磁和强相互作用。中微子也不参与强相互作用和电磁相互作用，但由于其在宇宙中以接近光速运动，属于“热暗物质”，不足以作为构成暗物质的主要成分。人类已知的粒子物理标准模型中，不存在同时满足这些性质的粒子，这意味着WIMP必须是超出标准模型的新物理粒子。已有理论预言的WIMP包括：超对称模型中最轻的超对称伴侣粒子，如超中性子（neutralino）；额外维理论中的最小Kaluza-Klein激发态粒子；Little Higgs模型中的T-odd粒子。
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