最早提出“暗物质”可能存在的是天文学家卡普坦(Jacobus Kapteyn),他于1922年提出可以通过星体系统的运动间接推断出星体周围可能存在的不可见物质。1932年,天文学家奥尔特(Jan Oort)对太阳系附近星体运动进行了暗物质研究。然而未能得出暗物质存在的确凿结论。1933年,天体物理学家兹威基(Fritz Zwicky) 利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度。利用位力定理,他发现星系团中星系的速度弥散度太高,仅靠星系团中可见星系的质量产生的引力是无法将其束缚在星系团内的,因此星系团中应该存在大量的暗物质,其质量为可见星系的至少百倍以上。史密斯(S. Smith) 在1936年对室女座星系团的观测也支持这一结论。不过这一概念突破性的结论在当时未能引起学术界的重视。1939年,天文学家巴布科克(Horace W. Babcock)通过研究仙女座大星云的光谱研究,显示星系外围的区域中星体的旋转运动速度远比通过开普勒定律预期的要大,对应于较大的质光比。这暗示着该星系中可能存在大量的暗物质。1940年奥尔特对星系NGC3115外围区域星体运动速度的研究,指出其总质光比可达约250。1959年凯恩(F.D. Kahn)和沃特(L. Woltjer)研究了彼此吸引的仙女座大星云和银河系的之间的相对运动,通过相互它们靠近的速度和彼此间的距离,推论出我们人类所处的本星系团中的暗物质比可见物质的质量约大十倍。