L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe « anti- » signifie que l'antimatière est « l'opposée » de la matière.
L'opposition se fait au niveau de la charge électrique : les particules composant l'antimatière ont des charges opposées à celles des particules jouant le même rôle dans la matière. Par exemple, la matière comprend les protons, positifs, et les électrons, négatifs. L'antimatière comprend donc les antiprotons, négatifs, et les antiélectrons (ou positrons), positif. Ce qui n'empêche pas l'existence de particules d'antimatières de charge nulle (par exemple les antineutrons). Il existe pour chaque particule une antiparticule correspondante.
Autre caractéristique, une particule et son antiparticule peuvent s'annihiler mutuellement lorsqu'elles rentrent en contact, étant alors intégralement converties en énergie suivant l'équivalence E=mc2.
L'antimatière a été imaginée quand Paul Dirac a écrit l'équation portant son nom.
L'antimatière n'existe qu'en quantités infimes dans l'univers, soit dans les rayons cosmiques, soit produite en laboratoire. En fait, le nom « antimatière » est donné par anthropomorphisme : nous appelons « matière » les particules qui nous constituent et « antimatière » les particules opposées. Les travaux sur l'antimatière consistent en grande partie à expliquer pourquoi cette rareté alors que nécessairement, à l'époque du Big Bang, la matière et l'antimatière étaient présentes en quantités égales.
L'antimatière et la matière, quand elles entrent en contact, peuvent s'annihiler mutuellement. Elles sont alors transformées en énergie, suivant la célèbre équation E=mc2. En fait, il s'agit de la seule situation dans laquelle la masse est intégralement convertie en énergie. Par comparaison, une réaction nucléaire ne dégage qu'une très petite partie de l'énergie contenue dans les masses de combustibles nucléaires utilisées (~1 millième), cette dernière dégageant pourtant bien plus d'énergie encore qu'une combustion (~1/10e de milliardième).
Cette réaction donne un sens imprévu au préfixe « anti », qui ne signifiait pas « destructeur ».
Ce phénomène est réversible : de l'énergie peut être transformée en couple matière/antimatière. Mais il faut une concentration d'énergie formidable pour y parvenir.
En aucun cas ce phénomène ne peut être utilisé comme source d'énergie, puisque la seule antimatière dont on dispose est fabriquée en laboratoire précisément par cette réaction. Les lois de conservation des phénomènes physiques interdisent clairement de « convertir » de la matière en antimatière pour ensuite les transformer en énergie.
L'antimatière pourrait en théorie être employée comme moyen de stockage d'énergie, mais pour l'instant l'énergie à employer pour créer de l'antimatière est égale à 108 fois l'énergie récupérée.
Cet aspect de l'antimatière a été particulièrement récupéré par la science-fiction, par exemple en soulignant que quelques grammes d'antimatière pourraient remplacer une arme nucléaire de forte puissance (~100 kT dans le roman Anges et démons), ou comme moyen de propulsion spatiale (dans Star Trek). Toutefois, si Star Trek se situe dans un futur lointain, Ange et démons peut laisser entendre qu'une telle arme pourrait être fabriquée aujourd'hui, ce qui est tout à fait irréaliste.