Dark Matter är en dramatisk historia om den kinesiska studenten, Liu Xing som kommer till USA med huvudet fullt av geniala idéer och stora planer. Han börjar arbeta med professor Jacob Reiser vid Valley State University med att bygga en modell över universums ursprung baserad på Reisers teorier. Men Xings studier om mörk materia står i konflikt med Reisers teori.