Uno de los principales objetivos de PAMELA es buscar materia oscura, un tipo hipotético de materia que no interactúa con la radiación electromagnética. Se cree que la materia oscura constituye una fracción significativa del universo, pero se desconoce su naturaleza. PAMELA puede buscar materia oscura buscando un exceso de positrones y electrones en los rayos cósmicos, que podría producirse por la aniquilación de partículas de materia oscura.
PAMELA aún no ha detectado un exceso estadísticamente significativo de positrones y electrones en los rayos cósmicos, pero ha puesto límites superiores a la cantidad de materia oscura que puede existir. Estos límites superiores se basan en el supuesto de que las partículas de materia oscura se aniquilan en positrones y electrones, pero PAMELA también es sensible a otros canales de aniquilación de materia oscura.
Además de buscar materia oscura, PAMELA también ha realizado otras observaciones importantes. Estos incluyen el descubrimiento de una modulación dependiente del tiempo del flujo de rayos cósmicos, que se cree que es causada por la interacción de los rayos cósmicos con el viento solar, y la detección de un espectro de electrones de alta energía que puede deberse a púlsares o restos de supernova.
PAMELA continúa operando en órbita y se espera que continúe haciendo contribuciones importantes a nuestra comprensión de los rayos cósmicos y la materia oscura durante muchos años más.