Hun avdekket avvik mellom galaksers forventede vinkelbevegelse og den bevegelse man observerte, ved å studere den galaktiske rotasjonskurven. Dette fenomenet ble kjent som galakserotasjonsproblemet. I 1970 publiserte hun sammen med W.K. Ford en detaljert studie av rotasjonsprofilene til spiralgalakser. Med dette fant Rubin også de sterkeste bevisene til da på at det finnes mørk materie.