按照当今主流天文学的观点，如今我们的宇宙起源于约137亿年前的一次大爆炸，由一个体积无限小、密度无限大的点经过爆炸、膨胀和早期暴涨所形成。在宇宙形成的极早期，温度太高，无法形成中性原子。直到温度冷却至数千开尔文后才形成中性原子。早期的元素只有氢、氦和极微量的锂、铍。
由于宇宙背景辐射的微小涨落，宇宙在大尺度上出现了物质分布的不均匀，这种不均匀在万有引力作用下，形成了星系团和星系，并最终导致第一批恒星的诞生。
恒星是宇宙中元素合成的大熔炉，在主序星阶段，氢通过质子-质子链反应或者碳氮氧循环，生成了He-4，这提高了氦的丰度，事实上氦丰度是支持大爆炸学说的证据之一。
而恒星一旦核心区的氢耗尽，在万有引力的收缩下，核心区温度和压强继续增大，点燃核心的氦聚变，从而转化为红巨星。在红巨星阶段，将合成原子序数小于等于8的元素。
而对于质量巨大的恒星，一旦脱离主序星阶段，将转化为红超巨星，在氦聚变结束后，依次会发生碳聚变、氧聚变、硅聚变，一直到生成铁为止。这时的红超巨星形成一个洋葱结构，核心是硅聚变成铁，外层依次是碳氧聚变成镁和硅，再外层是氦聚变，再外层是氢聚变。
所以，铁和铁以前的元素可以由恒星的核聚变反应完成。
对于原子序数大于Fe的元素，其合成是在两种情形下完成的，一种是红超巨星的核心积累足够量铁以后，会发生超新星爆发，这时候，外层物质向内塌缩，将大量中子挤入原子枋，中子进一步衰变成质子和电子，形成包括碘、银、金、铀等元素在内的重元素，这种方法合成的重元素大概占10%。另一种情形，是两个中子星的合并，由于中子星表面有微量的铁元素，所以在合并时，中子挤入铁原子核内，然后中子衰变，形成重元素。