In cosmologia, il termine materia oscura indica quella componente di materia che manifesta i suoi effetti gravitazionali in molteplici fenomeni astronomici, ma la cui natura rimane ancora uno dei principali misteri della fisica moderna. Le più recenti misure indicano che essa costituisce circa il 30% del contenuto totale di energia dell'Universo, e circa il 90% della massa, una situazione per certi versi considerata accettabile come ipotesi di lavoro, ma per altri versi insoddisfacente, in quanto, ad esempio, non si conosce la natura fisica di tale presunta massa mancante.
Nonostante dettagliate mappe dell'Universo vicino che coprono lo spettro dalle onde radio ai raggi gamma, siamo in grado di individuare solo il 10% della massa che deve esistere là fuori. Come disse nel 2001 al New York Times Bruce H. Margon, astronomo all'Università di Washington: "È una situazione alquanto imbarazzante dover ammettere che non riusciamo a trovare il 90 per cento [della materia] dell'Universo."
Essa venne inizialmente indicata come massa mancante, ed in effetti i termini "oscura" e "mancante" riassumono abbastanza bene tutto ciò che ne sappiamo al momento. Sappiamo che c'è materia, perché possiamo vedere gli effetti della sua influenza gravitazionale. Tuttavia, questa materia non emette alcuna radiazione elettromagnetica, da cui l'aggettivo oscura. Il termine massa mancante può essere fuorviante, dato che non è la massa a mancare, ma solo la sua luce.
Esistono al momento diverse ipotesi per spiegare la natura fisica della massa mancante, da particelle subatomiche esotiche a una popolazione di buchi neri isolati, fino a meno esotiche nane bianche e brune.
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