星々の間の空間は空っぽではない。そこにはガス、塵、宇宙線、そして磁場が存在する。これらの物質は星間物質と呼ばれ、新しい星や惑星が形成されるための原材料となる。また、そこは古い星々の墓場でもあり、それらの星の中心部で生成され、死を迎える際に放出された重元素が豊富に蓄積されている。

地球の基準からすると、その媒体は薄い。1立方センチメートルには数個の原子しか含まれていないかもしれないが、私たちが呼吸する空気には数十億個もの原子が含まれている。しかし、距離は途方もなく大きいため、総質量は膨大だ。天の川銀河の質量の約10パーセントは、星間ガスと塵で構成されている。

宇宙空間は均一ではなく、様々な相が存在する。星が形成される低温で高密度の分子雲があり、高温で中性の領域もある。若い星や超新星残骸の周囲には高温の電離ガスが存在する。これらの相は相互に作用し合い、そのバランスが銀河の進化を形作る。

塵は質量的には微々たる成分だが、天文学者にとっては重要な存在だ。塵は可視光を遮断し、暗黒星雲を作り出す。また、煙が夕焼けを赤く染めるのと同じように、星の光を赤く染める。赤外線望遠鏡を使えば塵を透過して、その背後にある星や雲を観測することができる。