大爆炸理论为少量轻元素(氢、氦、锂，甚至铍)的原始形成方式提供了令人满意的解释。如果宇宙仅包含这些元素，也许我们的故事就可以在这里结束了。但毫无疑问这种想法是荒谬的。地球包含了另外九十多种元素，如硅、氧、碳、铁、氮、镁、硫、镍、磷、钠和氯，元素如碳、氮和硫存在于星际的介质中。“宇宙中重元素形成的机制是什么”这一基本问题已困扰了天文化学家数十年。此处的重元素指原子序数大于4的元素。
大爆炸理论未能为上述问题的回答开辟前景光明的道路。大爆炸的基本作用是在宇宙中向外散播物质。在这一过程中，质子、中子、氢离子、原子、氦离子以及形成宇宙中早期生命的原子等在强大力量的推动下彼此分离。如今仍有大于99％的宇宙物质向外漂流，这种扩散似乎是永恒的。在这种情况下，这些基本粒子怎么可能聚集形成更加复杂的重元素呢？
恒星的进化
恒星的诞生基于宇宙的两个基本特性。第一点，自宇宙诞生起，其各个部分就不完全相同。随着对宇宙间微波背景各向异性的确证，人们发现宇宙不同部分物质的组成有着微小的差别。在宇宙的一些区域，物质的密度要大于其他一些区域。第二，在万有引力的作用下，宇宙中任意两个粒子相互吸引。
由上，存在两种相反的力作用于粒子：大爆炸的初始能量所提供的扩散力和万有引力的吸引力。虽然开始时扩散力远远大于万有引力，但随着时间的推移，大爆炸所投射出的粒子扩散速度开始下降，扩散力与吸引力渐渐平衡。最终，在宇宙的一些区域中，扩散力降到了可以使万有引力起有效作用的程度。此时，粒子开始汇聚、结合，形成更大的粒子。由此开始了恒星的形成历程。
恒星的进化是一个复杂的过程。随着宇宙平均温度的降低，至少在一些区域中，万有引力的吸引作用大于扩散所引起的向外运动的力量。此时，氢分子的存在成为可能，它们之间相互吸引，以逐渐加快的速度彼此靠拢。在此过程中重力势能的释放使得氢气的温度升高。最终，氢云(hydrogen cloud)温度的上升引发聚变。聚变是指两个核子反应生成一个更大的核子的原子能反应。此时，一个新的恒星诞生。
这些聚变导致氢元素转化为氦元素。在此过程中，4个氢原子结合生成1个氦原子：4H-He。“燃烧”氢元素生成氦的过程所产生的巨大能量使一些物质从新星上逃离。在此恒星中万有引力和扩散力会保持长时间的平衡，这一时间可能是数千年或数百万年。有时聚变所释放的能量是如此巨大以至于超越了恒星内粒子问的万有引力作用。在这种情况下，星体倾向于在短时间内释放大量物质，即恒星解体，同时将自身组成物质释放，使其重新回到星际介质中。此时，被释放的物质中不仅包括恒星的初始组成元素——氢，而且包含在恒星中形成的氦及其他元素。
在如今的宇宙中，大部分恒星都处于上述生命阶段。在每一个这样的进化过程中，恒星能够将其现有的物质转化成能量及新的元素。P49-51