L’origine degli elementi chimici è strettamente legata alla storia evolutiva del nostro universo. Le ricerche effettuate negli ultimi 50 anni hanno indicato che ci sono tre principali sorgenti responsabili per la sintesi degli elementi. Queste includono: la nucleosintesi cosmologica avvenuta nella prima fase del Big Bang, la nucleosintesi prodotta durante l’evoluzione stellare e la nucleosintesi nello spazio interstellare indotta dai raggi cosmici costituiti dalle particelle ad alta energia che attraversano lo spazio.
Il modello del Big Bang è una teoria largamente accettata sull’origine e l’evoluzione dell’universo, in cui si ipotizza da un lato che questo cominciò a espandersi a partire da una condizione iniziale estremamente calda e densa e dall'altro che questo processo di espansione continui tuttora. Circa un secondo dopo l’espansione del Big Bang l’universo è costituito da un mare di particelle (protoni, neutroni, elettroni, positroni, fotoni e neutrini) a una temperatura di 10alla10 kelvin. La nucleosintesi ha inizio un minuto dopo l’esplosione iniziale quando la temperatura, scendendo a 10alla9K, è tale da permettere la combinazione di protoni e neutroni per formare i nuclei di deuterio (2H) e di elio (He). Intorno ai tre minuti, l’universo si è espanso e raffreddato ad un punto tale che le reazioni nucleari non possono più essere sostenute. L’abbondanza di idrogeno (73% ) e di elio (25%) che si osserva nell’universo proviene quindi dalle reazioni nucleari che avvengono in questo breve intervallo di tempo. Il restante 2% dei nuclei più pesanti presenti attualmente, furono creati successivamente nelle stelle.
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