L'univers a commencé avec de l'hydrogène et de l'hélium, ainsi que des traces de lithium. Tout le reste s'est formé dans les étoiles. La nucléosynthèse stellaire est le processus par lequel les étoiles créent des éléments plus lourds grâce à la fusion nucléaire. C'est grâce à elle que le carbone, l'oxygène, le fer et l'or existent.

Le processus se déroule par étapes. Les étoiles de la séquence principale fusionnent l'hydrogène en hélium. Lorsque l'hydrogène du cœur est épuisé, l'étoile se contracte et s'échauffe, et la fusion de l'hélium commence, produisant du carbone et de l'oxygène. Les étoiles massives continuent de fusionner des éléments plus lourds dans des couches autour du cœur. Chaque étape est plus courte que la précédente. Le fer marque la fin du processus. La fusion du fer consomme de l'énergie au lieu d'en libérer, ce qui provoque l'effondrement du cœur.

L'effondrement déclenche une supernova, et l'explosion crée des éléments plus lourds que le fer par capture rapide de neutrons. Ces éléments sont dispersés dans l'espace, où ils se mélangent au gaz interstellaire et deviennent des constituants de nouvelles étoiles et planètes. L'or d'une alliance a été produit lors d'une supernova ou de la fusion d'étoiles à neutrons. Le fer de votre sang a été produit dans une étoile en fin de vie.

La nucléosynthèse stellaire relie le cycle de vie des étoiles à la composition de l'univers. Sans elle, l'univers serait composé uniquement d'hydrogène et d'hélium.