《暗物质》的故事是从轰动国内外的留美学生卢刚枪杀导师事件中获得灵感而写成的。刘烨饰演的中国赴美留学生刘星怀抱诺贝尔奖的梦想，在莱瑟教授（艾登 · 坤饰）门下研究宇宙学。刘星违背导师的意愿，一心探索暗物质领域的奥秘。他凭借自己的勤奋和天才在研究上取得重大突破，却因为校园政治而遭遇不公，致使梦想破灭，最终走上暴力之路。梅丽尔·斯特里普在影片中饰演热爱中国文化，关心中国学生的大学赞助人席尔瓦夫人。