Jak vysvětluje NASA na svých webových stránkách, temná ve slově temná hmota pochází ze skutečnosti, že „nemá podobu hvězd a planet, které vidíme.“
Na konci 19. století si astronomové všimli temných oblastí v jinak hustých hvězdokupách. V roce 1904 lord Kelvin ve snaze řešit tento problém zjistil, že odhadovaná hmotnost Galaxie Mléčné dráhy je menší než její pozorovatelná hmotnost, a tento rozdíl přisoudil hvězdám, které jsou takzvanými „temnými tělesy“. V odpovědi Kelvinovi v roce 1906 francouzský fyzik Henri Poincaré tvrdil, že neexistuje žádná zvláštní „matière obscure“, v překladu (a první známé použití) temná hmota, ale spíše nezjištěné hvězdy nevyzařující světlo. Termín temná hmota začali vědci používat jako anglický termín v roce 1922.
Jak astronomie a astrofyzika v průběhu 20. století postupovala, začaly přibývat nesrovnalosti ohledně předpokládaného fungování vesmíru. Například hvězdy ve vnějších oblastech spirálních galaxií se pohybovaly rychleji, než by měly, což naznačovalo, že tyto galaxie mají mnohem větší hmotnost, než vědci předpokládali. Astronomové Vera Rubinová a Kent Ford, kteří se tímto problémem zabývali, navrhli, že by to mohla vysvětlovat temná hmota. V průběhu 80. a 90. let 20. století byla existence temné hmoty, někdy charakterizované jako chladná a pomalu se pohybující, mnoha vědci postupně akceptována, jak se začaly hromadit další důkazy.
Příběh temné hmoty však zdaleka nekončí. Vědci přesně nevědí, z čeho se skládá, dokonce ani to, zda skutečně existuje v podobě, kterou tento termín naznačuje, a jak ji vůbec definovat, což z ní činí jeden z hlavních, dosud nevyřešených problémů fyziky. Vědí však, že temná hmota není černá díra velikosti galaxie, protože bychom byli schopni detekovat světlo z gravitační čočky (ohyb světla ze vzdálenějšího zdroje), a že to není antihmota, protože antihmota při kontaktu s hmotou vytváří malé exploze. Není ani tvořena temnými mračny normální hmoty, tzv. baryonovou hmotou, protože ta by pohlcovala záření a mohla by být detekována.
Některé teorie naznačují souvislost mezi temnou hmotou a menšími černými dírami, hustými tělesy, jako jsou hnědí trpaslíci, extra dimenzemi nebo paralelními světy. Jiné naznačují, že jde jen o typ slabě interagujících částic, které zatím nedokážeme detekovat, zatímco další navrhují novou teorii gravitace, která by vysvětlila problémy, jež temná hmota naznačuje.
Někteří vědci odhadují, že temná hmota tvoří asi 27 % vesmíru kolem nás. Ačkoli se to nezdá mnoho, domnívají se také, že 68 % tvoří temná energie, neznámá forma energie (po vzoru názvu temná hmota), která způsobuje, že se vesmír rozpíná rychleji, než očekáváme. Pokud je to pravda, znamená to, že jen asi 5 % vesmíru je tvořeno hmotou, kterou chápeme jako „hmotu“
.