तारों के बीच का अंतरिक्ष खाली नहीं है। इसमें गैस, धूल, ब्रह्मांडीय किरणें और चुंबकीय क्षेत्र मौजूद हैं। यही पदार्थ अंतरतारकीय माध्यम है, और यही वह कच्चा माल है जिससे नए तारे और ग्रह बनते हैं। यह पुराने तारों का कब्रिस्तान भी है, जो उनके मूल में निर्मित और उनके मरने पर मुक्त हुए भारी तत्वों से समृद्ध है।

पृथ्वी के मानकों के अनुसार, यह माध्यम पतला है। एक घन सेंटीमीटर में कुछ ही परमाणु हो सकते हैं, जबकि हमारी सांस लेने वाली हवा में अरबों-खरबों परमाणु होते हैं। लेकिन दूरियाँ बहुत अधिक हैं, इसलिए कुल द्रव्यमान भी बहुत विशाल है। आकाशगंगा का लगभग 10 प्रतिशत द्रव्यमान अंतरतारकीय गैस और धूल से बना है।

माध्यम एकसमान नहीं है। इसमें विभिन्न अवस्थाएँ हैं। ठंडे, सघन आणविक बादल हैं जहाँ तारों का निर्माण होता है। गर्म, उदासीन क्षेत्र भी हैं। युवा तारों और सुपरनोवा अवशेषों के आसपास गर्म, आयनित गैस मौजूद है। ये अवस्थाएँ परस्पर क्रिया करती हैं, और इनके बीच का संतुलन ही आकाशगंगाओं के विकास को निर्धारित करता है।

द्रव्यमान के हिसाब से धूल एक छोटा घटक है, लेकिन खगोलविदों के लिए यह एक महत्वपूर्ण घटक है। यह दृश्य प्रकाश को अवरुद्ध करके अँधेरे नीहारिकाओं का निर्माण करती है। यह तारों के प्रकाश को भी लाल कर देती है, ठीक उसी तरह जैसे धुआँ सूर्यास्त के समय सूर्य को लाल कर देता है। अवरक्त दूरबीनें धूल के आर-पार देख सकती हैं, जिससे इसके पीछे के तारे और बादल दिखाई देते हैं।