Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer. Er enthält Gas, Staub, kosmische Strahlung und Magnetfelder. Dieses Material bildet das interstellare Medium und ist der Rohstoff, aus dem neue Sterne und Planeten entstehen. Es ist zugleich der Friedhof alter Sterne, angereichert mit schweren Elementen, die in ihren Kernen entstanden und beim Tod freigesetzt wurden.

Das Medium ist im Vergleich zu irdischen Verhältnissen dünn. Ein Kubikzentimeter enthält vielleicht einige wenige Atome, verglichen mit Milliarden von Atomen in der Luft, die wir atmen. Doch die Entfernungen sind gewaltig, daher ist die Gesamtmasse enorm. Die Milchstraße besteht zu etwa 10 Prozent aus interstellarem Gas und Staub.

Das Medium ist nicht homogen. Es durchläuft verschiedene Phasen. Es gibt kalte, dichte Molekülwolken, in denen Sterne entstehen. Es gibt warme, neutrale Regionen. Um junge Sterne und Supernovaüberreste herum findet sich heißes, ionisiertes Gas. Diese Phasen interagieren miteinander, und das Gleichgewicht zwischen ihnen bestimmt die Entwicklung von Galaxien.

Staub ist zwar massemäßig ein geringer Bestandteil, spielt aber für Astronomen eine wichtige Rolle. Er blockiert sichtbares Licht und erzeugt so dunkle Nebel. Außerdem färbt er das Sternenlicht rötlich, ähnlich wie Rauch einen Sonnenuntergang rot färbt. Infrarotteleskope können durch den Staub hindurchsehen und die dahinterliegenden Sterne und Wolken sichtbar machen.