Otra posible hipótesis alternativa, propuesta por los físicos Stephen Hawking y Bernard Carr en 1974, es la existencia de agujeros negros primordiales después del Big Bang que representan toda la materia oscura en el universo.

Zwicky estimó la masa total del cúmulo basándose en los movimientos de las galaxias cercanas a su borde.

La gravedad de las galaxias visibles en el cúmulo era muy poca para tal velocidad orbital, por lo que se necesita mucha más.

La explicación más sencilla es suponer que la materia visible conforma solo una pequeña parte del cúmulo.

Posteriormente, otros astrónomos empezaron a corroborar su trabajo y se logró determinar muy bien el hecho de que muchas galaxias estuvieran dominadas por «materia oscura».

Como consecuencia, numerosas observaciones han indicado la presencia de materia oscura en varias partes del cosmos.

Aunque algunas veces resultan menores relaciones masa-luminosidad, las medidas de elípticas siguen indicando un relativamente alto contenido en materia oscura.

Hay lugares donde la materia oscura parece ser un pequeño componente o estar totalmente ausente.

El modelo típico para las galaxias de materia oscura es una distribución lisa y esférica en halos virializados.

Ese tendría que ser el caso para evitar los efectos dinámicos a pequeña escala (estelar).

Durante los últimos diez años se ha desarrollado una técnica —tal vez más convincente— llamada lentes débiles, que mide mediante análisis estadístico las distorsiones de galaxias a una microescala en las grandes distancias debidas a objetos de fondo.

La materia oscura es crucial para el modelo cosmológico del Big Bang como un componente que se corresponde directamente con las medidas de los parámetros asociados con la métrica FLRW a la relatividad general.

Asimismo, se necesita una cantidad significativa de materia fría no-barionica para explicar la estructura a gran escala del universo.

La materia barionica ordinaria tendría una temperatura demasiado alta y demasiada presión liberada desde el Big Bang para colapsar y formar estructuras más pequeñas, como estrellas, a través de la inestabilidad de Jeans.

Estos estudios han sido cruciales para crear el modelo Lambda-CDM que mide los parámetros cosmológicos, incluyendo la parte del Universo formada por bariones y la materia oscura.

Aunque la materia oscura se detectó por lentes gravitacionales en agosto de 2006,[17]​ muchos aspectos siguen cuestionados.

En el experimento DAMA/NaI se afirma haber detectado materia oscura pasando a través de la Tierra, aunque muchos científicos son escépticos al respecto, ya que los resultados negativos de otros experimentos serían (casi) incompatibles con los del DAMA si la materia oscura consistiera en neutralinos.

Se han propuesto varias categorías de materia oscura: Davis y otros escribieron en 1985:

La materia oscura caliente no puede explicar cómo se formaron las galaxias desde el Big Bang.

Para explicar la estructura en el Universo, el Modelo de concordancia necesita invocar la materia oscura fría (no-relativista).

Las posibilidades involucrando materia bariónica normal incluyen enanas marrones o tal vez pequeños y densos pedazos de elementos pesados conocidos como objetos masivos de halo compacto o «MACHO» (massive compact halo object).

Además, la existencia de materia oscura resolvería varias inconsistencias en la teoría del Big Bang.

La existencia de la materia oscura puede parecer irrelevante para nuestra vida en la Tierra, pero que exista o no, afecta al destino último del Universo.

Para explicar las observaciones, a grandes distancias, las fuerzas gravitacionales son más fuertes de lo que nos indicarían la mecánica newtoniana.

[26]​ Otra aproximación, propuesta por Arrigo Finzi en 1963 y por Robert Sanders en 1984, es reemplazar el potencial gravitacional por la siguiente expresión:

En cualquier caso, tales aproximaciones tienen dificultades en explicar el diferente comportamiento de las distintas galaxias y clústeres.

En cambio, tales discordancias se pueden entender fácilmente tomando diferentes cantidades de materia oscura.

Alexander Mayer propone una hipótesis basada en las inconsistencias observadas en la sincronización del sistema GPS y otras anomalías.

[28]​ También en la Teoría gravitacional no-simétrica se afirma que cualitativamente encaja con las observaciones, sin necesitar la exótica materia oscura.

Esta fórmula solamente aplica para las galaxias espirales tipo Sa debido a su simetría circular, ya que para los otros tipos de galaxias espirales con diferente morfología se tendría que considerar su distinta geometría y dinámica.