简单来说，暗物质和暗能量是两种概念。暗物质是一种目前无法在电磁波段直接观测到的物质，但它们会像普通物质一样产生引力作用。而暗能量是一种目前无法在电磁波段直接观测到的能量，不同于能够产生引力作用的普通物质和暗物质，暗能量会产生排斥引力的作用。暗物质和暗能量是现代宇宙学中最为重大的两个谜团，目前天文学家对它们的了解十分有限，只能推断出它们的存在。
我们平时所能看到的物质被称作重子物质，因为它们都是由质子和中子组成，而由三个夸克组成的质子和中子都被称作重子。天文学家在观测星系中恒星的旋转速度时发现，随着恒星与星系中心的距离越来越远，恒星的旋转速度并没有变慢，而是基本维持不变。如果宇宙中只有重子物质，那么，靠近星系边缘的恒星不可能会有如此高的旋转速度，这表明星系中可能还存在着大量能够产生引力作用的非重子物质，即所谓的暗物质。此外，星系产生的引力透镜现象也能表明暗物质的存在。
另一方面，暗能量的存在与宇宙加速膨胀有关。观测显示，宇宙空间的扩张速度正在变得越来越快。如果宇宙中只存在引力作用，那么，宇宙空间的扩张速度将会变得越来越慢。因此，宇宙空间中还遍布着一种具有排斥引力作用的能量——暗能量。不过，暗能量的作用尺度在整个宇宙，而在局部范围内引力作用更强，所以银河系的结构才能维持稳定，地球和太阳等天体才会形成。