正电子的发现引发了科学家们对反物质的兴趣。
所谓反物质就是普通物质的相反状态。科学家们认为，物质是在宇宙诞生之初由巨大能量从虚无的真空产生的，按照物理学中的等效真空理论，正、反物质的数量应该是相等的，只有这样，当它们相遇时双方才会相互湮灭，重新转化为能量。只是后来由于某种原因，导致正物质数量多于反物质，再加上有的反物质难于被观测，所以在我们看来，当今世界主要是由正物质构成的。例如我们日常所接触到的原子都是由带负电的电子和带正电的原子核组成，很难遇到由带正电的正电子和带负电的原子核组成的反原子。
1955年，美国科学家西格雷和张伯伦用高能粒子加速器加速质子，轰击铜靶，首次“捕捉”到反质子。它们的质量与质子完全相同，但携带的电荷正好相反。与正电子一样，反质子也是一瞬即逝，仅存在了4×10-8s，就同原子核内带正电的质子相结合而湮没，转化成γ射线和一些较小粒子，因此要辨认出它们很不容易。每产生一个反质子，就会出现4万个其他粒子。西格雷和张伯伦精心地设计配置了各种探测器，最终辨认出反质子。他们二人因此荣获了1959年诺贝尔物理学奖。此后，科学家们又陆续发现了反μ子、反π介子、反中微子等其他反物质。
反物质在地球上非常罕见，只有部分放射性物质在衰变时发射出正电子。另外，偶尔有少量反质子夹杂在来自遥远星系的宇宙线中从天而降，这些高能宇宙线击中大气层中的原子时所引起的粒子簇射也会产生微量的反粒子。
那么，在宇宙中是否有大量反物质呢？天上有没有反恒星或反星系呢？这个问题目前还没有答案，因为光子是中性粒子，正、反恒星发出的光都是一样的，天文学家无法通过光谱、射电、X射线或γ射线来分辨远处恒星是否由反物质组成，而反中微子又几乎不与任何物质相互作用，很难探测到它们。不过，科学家已通过反证法确认，包括银河系以及超星系团在内的大约距地球1亿光年的空间范围内都是由正物质组成的，没有反物质天体存在，否则我们就会观测到湮灭过程产生的强烈γ射线。但天文学家注意到，在宇宙更遥远的地方有许多很强的γ射线源，也许那里聚集着反恒星或反星系，夹杂着反质子的宇宙线可能就来自那里。
由于受大气干扰，在地面上很难探测到反物质，因此科学家们把探测仪器搬上国际空间站，做更进一步的数据采集，其中就有中国科学家制造的α磁谱仪。如果能从宇宙线中观测到哪怕只有一个反α粒子，就能够证明宇宙中存在反物质天体。