Das Phantom des Universums erzählt die aufregende Geschichte von der Erforschung der Dunklen Materie, vom Urknall bis zu ihrem indirekten Nachweis im 21. Jahrhundert. Der Film zeigt die ersten Hinweise auf die Existenz der Dunklen Materie in den 1930er Jahren aus der Perspektive von Fritz Zwicky, jenem Wissenschafter, der den Begriff „Dunkle Materie“ prägte. Er entführt die Zuschauer in die Tiefen einer ehemaligen Goldmine in South Dakota, zum empfindlichsten Dunkle Materie-Detektor der Welt. Von dort geht es zum Large Hadron Collider, dem weltweit größten und leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger am CERN in der Schweiz, wo ein internationales Wissenschafter-Team zusammenarbeitet, um den Bestandteilen der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen. Noch konnte die Dunkle Materie nicht direkt beobachtet werden, doch ihre Existenz wird heute in der Kosmologie nicht mehr in Frage gestellt.