De ruimte tussen de sterren is niet leeg. Er bevindt zich een zeer ijl gas, met een gemiddelde dichtheid van ongeveer 1 deeltje per cm³. Dit is ijler dan het beste vacuüm dat in een laboratorium op aarde gemaakt kan worden. We noemen dit gas interstellaire materie, of het interstellair medium, als we het meer algemeen over de ruimte tussen de sterren hebben.

De dichtheid van het interstellair medium is niet overal gelijk. Er zijn gebieden waar de dichtheid kan oplopen tot enkele honderden of duizenden deeltjes per cm³. Grofweg kunnen we drie soorten interstellair medium onderscheiden.

De eerste soort is erg ijl (minder dan 1 deeltje per cm³) en neemt ongeveer negentig procent van de beschikbaar ruimte in beslag, maar is verantwoordelijk voor slechts één procent van de beschikbare materie. Door de lage dichtheid kan sterlicht er goed in doordringen en wordt het gas dus erg heet. Omdat de deeltjes ver uit elkaar staan, botsen ze weinig en kunnen ze deze warmte niet zo makkelijk meer afstaan. De temperaturen kunnen oplopen tot duizenden graden Celsius.

De tweede soort is minder ijl, en neemt ongeveer negen procent van de ruimte in met negen procent van de beschikbare materie. De dichtheid kan oplopen tot enkele honderden tot duizend deeltjes per cm³, en de temperatuur bedraagt ongeveer nul graden Celsius. Deze soort interstellaire materie komt voor in wolken, de zogenaamde doorschijnende wolken. Ook hier dringt het licht van omringende sterren goed door en worden de deeltjes warm. Maar omdat de dichtheid hier hoger is, hebben de deeltjes meer kans om te botsen. De warmte kan van deeltje op deeltje worden overgedragen en zal uiteindelijk als straling de wolk verlaten, waardoor de wolk weer een beetje afkoelt. Deze straling kan verschillende kleuren hebben, afhankelijk van de samenstelling van de wolk en de energie van de deeltjes.

Op deze afbeelding is de lichtgevende interstellaire materie in de omgeving van de sterren Antares en Rho Ophiuchi te zien. De sterren zijn zeer heet, en verhitten het aanwezige gas. Dit gas verdeelt door botsingen de energie over de aanwezige deeltjes, en dit wordt na verloop van tijd uitgestraald in de vorm van gekleurd licht.

De derde soort is de meest dichte soort wolk, die 90% van de materie bundelt in slechts 1% van de beschikbare ruimte. Deze wolken worden donkere moleculaire wolken genoemd. Donker, omdat de dichtheid zo hoog is dat sterlicht hierin niet meer kan doordringen. Moleculair, omdat bijna alle materie in de vorm van moleculen aanwezig is. Moleculen kunnen alleen ontstaan in een omgeving met een hoge dichtheid. De temperatuur in deze wolken is extreem laag: ongeveer -250 graden Celsius, slechts ongeveer 20 graden boven het absolute nulpunt. Veel van dit soort wolken zijn zo dicht, dat ze gemakkelijk kunnen samentrekken onder invloed van hun eigen zwaartekracht. Hiervoor is maar een kleine verstoring nodig. Bijvoorbeeld een supernova in de buurt kan een schok in het interstellair medium veroorzaken, net zoals een steentje een rimpeling in het wateroppervlak van een vijver veroorzaakt. Dit is genoeg om de samentrekking te starten: het begin van stervorming.

Sterren profiteren niet alleen van het interstellair medium waaruit ze gevormd worden, ze dragen er ook weer aan bij. Oorspronkelijk bestond het interstellair medium namelijk alleen uit de elementen die tijdens de oerknal waren gevormd. Voor driekwart was dit waterstof (het meest eenvoudige element) en de rest was helium (het op een na eenvoudigste element).

Zelfs vandaag nog, bijna 15 miljard jaar na de Big Bang, nemen deze twee elementen het overgrote deel van de interstellaire materie voor hun rekening, maar er is toch ook wat ander materiaal ontstaan. Er is zuurstof (in de atmosfeer en in het water), er is koolstof (in planten en dieren), er is stikstof (ook in de atmosfeer), er is magnesium en ijzer (in de bodem). Alle elementen die op aarde voorkomen zijn net als de rest van het zonnestelsel uit het interstellaire medium afkomstig, maar werden niet gevormd tijdens de oerknal. Deze zwaardere elementen zijn ontstaan door kernfusieprocessen in het binnenste van sterren door samensmelting van helium en waterstofkernen. Deze elementen worden door sterwinden en supernovaexplosies aan het interstellair medium toegevoegd. Dit proces gaat continu door en verrijkt zo het gas in de ruimte tussen de sterren. Deze zwaardere elementen nemen tegenwoordig ongeveer 0,01 procent van het aantal deeltjes voor hun rekening. Een ontstellend klein aantal, maar blijkbaar voldoende om complexe systemen zoals de aarde te kunnen vormen!

Sterren en het interstellair medium vormen samen de sterrenstelsels. Tussen de sterrenstelsels bevinden zich nog enkele deeltjes, met een dichtheid die nog 10.000 keer zo klein is als de gemiddelde dichtheid binnen de sterrenstelsels. Dit noemen we het intergalactisch medium. Vanwege de lage dichtheid vindt hier nauwelijks stervorming plaats en is de samenstelling sinds de oerknal niet veranderd. Echter, wegens de uitgestrektheid van het heelal is er zeer veel waterstof en helium aanwezig dat in een gestage stroom op de sterrenstelsels valt, en zo het aanwezige interstellair medium weer van vers oerknalmateriaal voorziet.