Ciemna materia stanowi relikt termiczny Wielkiego Wybuchu ponieważ w wyniku ekspansji Wszechświata w ciągu pierwszych 10 nanosekund odległości między jej cząstkami stały się już tak duże, że nie mogły anihilować ze sobą. W ten sposób ciemna materia została „zamrożona” z ustaloną gęstością. Hipotetyczne możliwości detekcji ciemnej materii opierają się na zaobserwowaniu:

• produktów anihilacji jej cząstek, która zachodzi obecnie w kosmosie
• efektów oddziaływania jej cząstek ze zwykłą materią w wyniku rozpraszania, gdy uzyskana w wyniku tego procesu energia byłaby rejestrowana przez naziemne detektory
• produkcji cząstek ciemnej materii w zderzeniach (zasadniczo mierzalna byłaby jedynie detekcja produktu ubocznego, czyli cząstki zwykłej materii)
  

Bezpośrednia detekcja cząstek ciemnej materii w wyniku rozpraszania wymaga bardzo czułych detektorów umieszczonych głęboko pod ziemią, ponieważ uzyskiwane energie fotonów emitowanych w wyniku odrzutu powinny być rzędu co najwyżej 100 keV. Jak na razie jedynie eksperyment DAMA/LIBRA szczyci się uzyskaniem pozytywnego wyniku, jednak budzi on jeszcze wiele kontrowersji, ponieważ analiza danych została oparta na okresowej modulacji sygnału w cyklu rocznego ruchu Ziemi. Inne eksperymenty, takie jak XENON, EDELWEISS czy ZEPLIN, podają wyniki oparte na dokładniejszej analizie tła i jak na razie nie potwierdziły obserwacji cząstek WIMP.

Produkcję cząstek ciemnej materii próbuje się odkryć przy użyciu wielkich zderzaczy: LHC i Tevatronu. Metoda detekcji jest pośrednia i polega w tym wypadku na ustaleniu brakującej energii, którą uniosła ze sobą powstała w wyniku zderzenia cząstka ciemnej materii. Cząstka ta jest nierejestrowalna, a niepewność dotyczy także czasu jej stabilności (z eksperymentu wiadomo byłoby jedynie, że cząstka żyje co najmniej tak długo, aby opuścić detektor).