反物质最早是英国物理学家保罗·狄拉克根据电子的相对论性方程——狄拉克方程预言的一种反粒子。由于在狄拉克方程中存在负能解，为了解决这个问题，狄拉克提出了狄拉克海和空穴理论。
他的理论指出，根据量子力学的不确定性原理，真空并非真的什么都没有，真空存在负能态，但是所有的负能态都被电子所填满，使整个真空的总能量为零，但它实际上并非空无一物的真空，而是填满了电子的负能海洋，这个电子海洋就称为狄拉克海。由于真空中所有的负能态已经被填满了，电子无法通过跃迁到更低的能态从而释放能量，因此，虽然真空中充满电子，却没有任何自发产生的能量释放。
如果需要从狄拉克海中激发出一个电子，则至少需要输入电子静止质量两倍以上的能量，当这一能量从负能空穴里激发出电子时，会留下一个负能态的空穴，而这一输入的能量需要同时把这空穴填满，由于被激发的电子具有负电荷，根据电荷守恒，空穴里的电子则需要是带正电荷的电子，这就是我们现在所说的电子的反物质——正电子。
在狄拉克根据理论做出预言后的两年，即1932年，美国实验物理学家卡尔·大卫·安德森在穿过云室的宇宙射线中发现了正电子。这种正电子质量跟电子差不多，但在磁场中偏转方向与电子相反，意味着它拥有与电子相反的电荷。安德森因此获得了1936年诺贝尔物理学奖。
其实在安德森之前，我国的物理学家赵忠尧在1930年就已经在实验中发现了正负电子湮灭的现象，可惜这一发现并没有被诺贝尔奖委员会认可，从而错失了一个诺贝尔奖。
随着后来理论的发展，反物质已经不限于狄拉克所预言的正电子了，理论上所有的费米子都存在其反物质，一般认为反物质的所有性质都有普通物质相反，比如电荷、自旋等……
暗物质则是另一个玩意，它也是30年代发现的。1933年，美籍瑞士天文学家弗里茨·兹威基在研究后发座星系团的星系速度时发现测得的星系速度所需要的星系团质量是已知光度质量的10倍。也就是说该星系团的运动质量（根据星系绕转运动测得的质量）是其光度质量（根据发光天体的光度测得的质量）的10倍。有大量的质量缺失了。
随后对银河系外围恒星的公转速度的测量同样发现了问题，根据万有引力的距离平方反比定律，外围恒星的公转速度会随距离中心的半径增加而降低，但实际测量到的结果却没有降低。最后科学家只有提出一种不可见的物质提供了看不见的质量，这种看不见的物质就是暗物质。
由于看不见，这种物质可以确定是不参与电磁相互作用的，跟反物质的性质完全不一样，因为带电物质的反物质是参与电磁相互作用的。