Dark Matter er en dramatisk historie om den kinesiske studerende, Liu Xing som kommer til USA med hovedet fyldt af geniale idéer og store planer. Han begynder at arbejde med professor Jacob Reiser ved Valley State University med at bygg en model over universets oprindelse baseret på Reisers teorier. Men Xings studier om mørk materie står i konflikt med Reisers teori.