ผู้ที่เริ่มต้นที่จะพิสูจน์ว่ามีสสารมืดดำรงอยู่จริงในธรรมชาติคือ Fritz Zwicky จาก California Institute of Technology ในปี 1993 เขาตั้งทฤษฎี virial เพื่ออธิบายมวลที่มองไม่เห็นของ Coma cluster of galaxies เนื่องจากเขาพบว่ามวลที่หาได้มีค่ามากกว่ามวลที่ประมาณค่าจากวัตถุที่มองเห็นถึง 400 เท่า ทำให้เขาพบปัญหาที่สำคัญคือ การหายไปของมวลในจักรวาล เขาจึงคาดว่าต้องมีวัตถุที่มองไม่เห็นซึ่งมีขนาดมากพอจนมีผลต่อแรงโน้มถ่วงของกระจุกดาราจักร

การพิสูจน์เกี่ยวกับสสารมืดว่ามีอยู่จริงมีมากขึ้นซึ่งส่วนใหญ่มาจากการอธิบายการเคลื่อนที่ของดาราจักร ซึ่งดูเหมือนจะมีรูปแบบที่แน่นอน จาก virial theorem พบว่าพลังงานจลน์รวมจะมีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของพลังงานจากแรงโน้มถ่วง แต่จากการคาดการทางทฤษฏีเมื่อเปรียบเทียบกับการสำรวจพบว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างจากศูนย์กลางของดาราจักรมีความเร็วมากกว่าที่ทำนายไว้ในทฤษฏี ซึ่งจากทฤษฎีคำนวณพลังงานจากแรงโน้มถ่วงซึ่งพิจารณาจากมวลที่มองเห็นเท่านั้น ซึ่ง galactic rotation curve เป็นความสัมพันธ์ของความเร็วเชิงมุมกับระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของดาราจักร วัตถุที่มองเห็นเท่านั้นไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ดังกล่าวได้ ซึ่งถ้าประมาณคร่าว ๆ ดาราจักรมีลักษณะเป็นทรงกลมที่มีสมมาตรแล้วสสารมืด และวัตถุที่มองเห็นจะมารวมกันอยู่ตรงกลางของดาราจักร ส่วนดาราจักรที่มีดาวแคระขาวอยู่ จะแสดงคุณสมบัติที่แปลกออกไป โดยจะมีอัตราส่วนของมวลวัตถุที่มองเห็นต่อสสารมืดมีค่าน้อย ทำให้การสำรวจวัตถุที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางมาก ๆ มีผลการสำรวจแย่ลง

การศึกษากระจุกของดาราจักรด้วยเลนส์โน้มถ่วงเป็นการประมาณมวลที่มีอยู่ในกระจุกดาราจักรโดยดูจากผลการรวมแสงที่มาจากดาราจักรพื้นหลัง ดังเช่นในกระจุกดาราจักร Abell 1689 การใช้เลนส์โน้มถ่วงสามารถยืนยันถึงการมีอยู่ของมวลมากกว่าที่มองเห็นได้เพียงลำพังจากแสงของกระจุกดาราจักร ในขณะที่การสังเกตการณ์กระจุกดาราจักรหัวกระสุนก็แสดงให้เห็นว่า มีมวลสารจำนวนมามากที่ให้ผลทางเลนส์โน้มถ่วง ซึ่งแยกส่วนออกมาอย่างเด่นชัดจากผลของมวลที่แผ่รังสีเอ็กซ์ที่เรารู้จักเป็นอย่างดี