《暗物质》讲述了物理专业研究生刘星（刘烨 饰）远赴美国某州立大学深造的故事。在校期间，他师从著名教授雅各布·瑞瑟（艾丹·奎因 饰），凭借勤奋和出众的才华，刘星很快在同侪中脱颖而出，并深得瑞瑟教授的信任与赏识。在众多课题中，刘星对暗物质倾心着迷，全身心投入到这项研究中。然而，他得出的理论与导师经典的瑞瑟模式产生了冲突，学术分歧逐渐演化为个人矛盾。刘星在追求真理的过程中，面临着学术权威的压力与内心的挣扎。与此同时，他与同学和导师之间的关系也因研究分歧而变得复杂。故事探讨了科学探索与人性之间的矛盾，展现了刘星在学术道路上的坚持与困惑。