后来通过观测数据，宇宙物质的密度还比爱因斯坦得出的平均密度数值还要小100倍，也因此1932年他与威廉·德西特共同发表了相关论文，认为宇宙当中存在着一种“看不见的不发光物质”。
但最早提出“暗物质”存在的可能性的并非是他们，而是一位叫做卡普坦的科学家，他在1922年就认为星体的附近很可能有着大量人类无法看见的物质。
1932年，荷兰科学家扬·奥尔特对太阳系的天体进行了研究，也表示银河系中或许具有非常多暗物质。
第二年，兹威基通过光谱红移观测宇宙中后发座星系团的运行速度变化进行了观测，发现该星系团的可见天体速度弥散度非常高，而按照它当时所观测到的星系质量，后发座星系团所具有的引力其实是很难将内部的星系留住的，甚至可见物质的质量只是占了星团的一小部分。
换句话说，星系团中会出现一些因为自身速度太快，从而超出了星系团自身引力的束缚，能够冲出该星系团，这就好比是人类制造飞船，就需要依靠火箭的冲击力，使得火箭具有能够冲突地球引力的速度，这样才能走出地球，来到太阳系之中。
但是后发座星系团的一些星体速度已经远超该星系团的逃逸速度，却依然在其中受困。
因此科学家兹威基认为，后发座星系团很有可能是因为有着大量的暗物质存在，甚至远远超过当前人类已经的星系质量的100倍。
1970年，科学家们利用当时光谱测量技术，对仙女座大星云进行了研究和分析，发现原来在宇宙当中，相当大的范围里星系外围的星体运动速度是保持不变的。
