Az antianyagban az atomot a proton, neutron és elektron helyett azok antirészecskéi, az antiproton, antineutron és pozitron építi fel. Rendes anyaggal találkozva megsemmisül mindkettő és energia szabadul fel elektromágneses sugárzás (fotonok) formájában.
Az első antianyagot (antihidrogént) a CERN-ben sikerült előállítani és megfigyelni 1995-ben (Low Energy Antiproton Ring, LEAR). Azóta sikerült antideutériummagot (antiproton és egy antineutron) is előáálítani, viszont nehezebb atommagokat nem. Az antianyag ugyanúgy viselkedik, mint a rendes anyag: ugyanazok az emissziós és abszorpciós spektrumai, mágneses tulajdonságai.
Már Paul Dirac felvetette a kérdést, hogy lehetséges-e, hogy a világegyetem bizonyos térségei (csillagok, bolygók, akár egész galaxisok) antianyagból vannak. Ez esetben azonban a térség határán, ahol az anyag és az antianyag találkozik, erős elektromágneses sugárzást lehetne megfigyelni, hacsak az anyag-antianyag halmazok nem szeparálódtak el teljesen. Mivel ilyet eddig nem észleltünk, ezért feltételezhetjük, hogy a látható világegyetem teljes egészében anyagból van.
Paul Dirac anyag-antianyag modellje a félvezetők elektron-lyuk modelljéhez hasonlóan magyarázza az anyag-antianyag keletkezést, valamint az annihilációt. Modellje szerint a teret egy tökéletes térrácsként kell elképzelni, melynek rácspontjaiban részecskék ülnek, és ezen pozíciójukban nem megfigyelhetők (üres tér). Azonban ha az egyik rácspontból a részecskét kilökjük (2*m*c2 energiamennyiséggel), az a mozgása révén észlelhetővé válik (anyagrészecske), azonban a rácspontban maradt hiány (lyuk) úgy fog viselkedni, mint egy majdnem minden szempontból ellentétes részecske (antirészecske). Ha a lyukba beugrik egy szomszédos rácsponban lévő részecske, akkor annak a helyén alakul ki lyuk, vagyis a lyuk (antirészecske) vándorol. Az annihiláció folyamata pedig nem más, mint amikor egy kóborló részecske beugrik egy üres rácspontba (lyuk), visszaáll a tér homogén szerkezete, és a 2×m×c² energia kisugárzódik. Ezen modell szerint a térben található minden egyes részecskének megvan az antianyag párja, vagyis az univerzumban lévő anyag mennyisége megegyezik az antianyagéval.
A Dirac modell következtében mára már általánosan elfogadott, hogy az ősrobbanás során ugyanakkora mennyiségben keletkezett anyag és antianyag. Sokáig nyitott kérdés volt, hogy miért van mégis a világegyetem túlnyomó része anyagból (antianyag csak elvétve található, az is nagyenergiájú részecskék ütközése során keletkezik). Erre a kérdésre CP (töltés-paritás) szimmetriasértés válaszol (kaonok és a jelenleg is kutatás alatt álló B-mezonok).
