Khoảng không giữa các vì sao không phải là trống rỗng. Nó chứa khí, bụi, tia vũ trụ và từ trường. Vật chất này là môi trường liên sao, và là nguyên liệu thô để hình thành các ngôi sao và hành tinh mới. Nó cũng là nghĩa địa của những ngôi sao già, giàu các nguyên tố nặng được hình thành trong lõi của chúng và giải phóng khi chúng chết đi.

Môi trường giữa các vì sao rất loãng so với tiêu chuẩn Trái Đất. Một centimet khối có thể chỉ chứa vài nguyên tử, so với hàng tỷ tỷ nguyên tử trong không khí chúng ta hít thở. Nhưng khoảng cách giữa các vì sao rất lớn, nên tổng khối lượng cũng khổng lồ. Dải Ngân hà chứa khoảng 10% khối lượng của nó là khí và bụi giữa các vì sao.

Môi trường này không đồng nhất. Nó có nhiều pha. Có những đám mây phân tử lạnh, đặc nơi các ngôi sao hình thành. Có những vùng ấm, trung tính. Có khí nóng, bị ion hóa xung quanh các ngôi sao trẻ và tàn dư siêu tân tinh. Các pha này tương tác với nhau, và sự cân bằng giữa chúng định hình cách các thiên hà tiến hóa.

Bụi tuy chiếm khối lượng nhỏ nhưng lại là thành phần quan trọng đối với các nhà thiên văn học. Nó cản trở ánh sáng nhìn thấy được, tạo ra các tinh vân tối. Bụi cũng làm cho ánh sáng sao chuyển sang màu đỏ, tương tự như cách khói làm cho hoàng hôn chuyển sang màu đỏ. Kính viễn vọng hồng ngoại có thể nhìn xuyên qua lớp bụi, hé lộ các ngôi sao và đám mây phía sau nó.