Ķīmiskais elements ir sava veida atoms, piemēram, ūdeņradis vai skābeklis. Līdz 2011. gadam tika novēroti 118 elementi, no kuriem 98 dabiski sastopami uz Zemes. 20 elementi tiek mākslīgi radīti kodolreaktoros vai daļiņu paātrinātāju eksperimentos. Pirmais sintētiskais elements, kas tika radīts ievērojamos daudzumos, bija plutonijs, elements 94. Plutonijs ir arī smagākais atoms, kas dabiski sastopams uz Zemes. Ar pussabrukšanas periodu tikai 80 miljonus gadu, plutonijs ir sastopams ārkārtīgi mazos daudzumos urāna rūdās.
Mūsdienu ķīmiskie elementi nāk no viena no trim avotiem: supernovas nukleosintēzes, zvaigžņu nukleosintēzes un Lielā sprādziena nukleosintēzes. Nukleosintēze notiek, kad atomu kodoli tiek saspiesti kopā tik cieši un tik lielā karstumā, ka tie pārvar savstarpējo elektronu apvalku atgrūšanos un rada smagākus kodolus. Tādā veidā ūdeņraža kodolus var sapludināt hēlija kodolos, kas savukārt var sapludināt oglekļa kodolos, ja tiek sasniegti apstākļi ar pietiekamu temperatūru un spiedienu.
Sākumā Visums bija tik karsts un blīvs, ka sastāvēja tikai no brīvajiem kvarkiem – protonu un neitronu sastāvdaļām – elektroniem un starojuma. Pēc sekundes miljondaļas kvarki sāka saplūst barionos: protonos un neitronos. Pirmajās divdesmit minūtēs pēc Lielā sprādziena Visuma temperatūra pārsniedza spožāko zvaigžņu centra temperatūru, un tās blīvums bija lielāks par gaisu. Šajā periodā protoni un neitroni enerģiski sadūrās, veidojot lielākus kodolus: deitēriju un divus hēlija izotopus. 25 procenti no visas Visuma vielas tika pārvērsti hēlijā ar aptuveni 75 procentiem ūdeņraža, kā arī nelielu daudzumu smagāku elementu, piemēram, litiju. Tas ir līdzīgs ķīmisko elementu attiecībai pašreizējā dienā.
Pirmās zvaigznes izveidojās aptuveni 300 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena, aizsākot citu nukleosintēzes veidu, ko sauc par zvaigžņu nukleosintēzi. Zvaigžņu nukleosintēzē ļoti sablīvēta viela zvaigznes centrā tiek pakļauta kodolsintēzei, atbrīvojot lielu daudzumu enerģijas un līdzsvarojot gravitācijas spēkus, kas iedarbojas uz zvaigznes sabrukšanu. To var uzskatīt par nepārtraukti sprāgstošu H-bumbu. Elementi līdz pat dzelzs periodiskajā tabulā veidojas zvaigžņu nukleosintēzē.
Lai izveidotu elementu, kas ir smagāks par dzelzi, ir nepieciešama cita veida nukleozitēze, supernovas nukleosintēze. Supernovas rodas, kad zvaigznes katastrofāli sabrūk pēc tam, kad tās kodolā ir patērējušas visu kodoldegvielu. Zvaigznes atmosfēras apvalks gravitācijas ietekmē sabrūk uz iekšu, atlecot no kodola, kas izgatavots no gandrīz nesaspiežamas “elektronu deģenerētas” vielas. Šīs pēkšņās atlēciena laikā vairāki procenti zvaigznes materiāla gandrīz acumirklī tiek sapludināti smagākos elementos. Tas atbrīvo pietiekami daudz enerģijas, lai supernova vairākas dienas vai nedēļas varētu pārspēt savu galaktiku. Šī neticami enerģiskā kosmiskā notikuma laikā tiek sintezēti elementi, kas ir smagāki par dzelzi.