Przestrzeń między gwiazdami nie jest pusta. Zawiera gaz, pył, promieniowanie kosmiczne i pola magnetyczne. Ta materia to ośrodek międzygwiazdowy i surowiec, z którego powstają nowe gwiazdy i planety. Jest to również cmentarzysko starych gwiazd, wzbogaconych ciężkimi pierwiastkami, które powstały w ich jądrach i zostały uwolnione po ich śmierci.

Medium jest rzadkie w porównaniu z ziemskimi standardami. Centymetr sześcienny może zawierać kilka atomów, w porównaniu z miliardami miliardów w powietrzu, którym oddychamy. Ale odległości są ogromne, więc całkowita masa jest ogromna. Droga Mleczna zawiera około 10 procent swojej masy w gazie i pyle międzygwiazdowym.

Ośrodek nie jest jednorodny. Ma fazy. Istnieją zimne, gęste obłoki molekularne, w których powstają gwiazdy. Istnieją ciepłe, neutralne obszary. Wokół młodych gwiazd i pozostałości po supernowych znajduje się gorący, zjonizowany gaz. Fazy te oddziałują na siebie, a równowaga między nimi kształtuje ewolucję galaktyk.

Pył jest składnikiem o niewielkiej masie, ale istotnym dla astronomów. Blokuje światło widzialne, tworząc ciemne mgławice. Powoduje również zaczerwienienie światła gwiazd, tak jak dym powoduje zaczerwienienie zachodu słońca. Teleskopy podczerwone mogą przejrzeć pył, ukazując gwiazdy i chmury za nim.