Les diverses méthodes de mesure de la masse totale d'une galaxie sont basées sur les lois de la gravité. Par exemple, la mesure de la vitesse de rotation des bras d'une galaxie spirale grâce à l'effet Doppler permet de calculer la masse totale de la galaxie à l'aide de la troisième loi de Kepler. Il existe plusieurs autres méthodes.
Toutes ces méthodes donnent des valeurs beaucoup plus grandes que l'estimation que l'on obtient en se basant sur la luminosité des galaxies. Il semble donc qu'une grande partie de la masse des amas de galaxies ne soit pas suffisamment chaude pour être visible. C'est ce que les astronomes nomment la «matière sombre».