Kemični element je vrsta atoma, kot je vodik ali kisik. Od leta 2011 je bilo opaženih 118 elementov, od tega jih je 98 naravno na Zemlji. 20 elementov je umetno ustvarjenih v jedrskih reaktorjih ali poskusih s pospeševalnikom delcev. Prvi sintetični element, ki je bil ustvarjen v znatnih količinah, je bil plutonij, element 94. Plutonij je tudi najtežji atom, ki ga naravno najdemo na Zemlji. Z razpolovno dobo le 80 milijonov let se plutonij pojavlja v izredno majhnih količinah v uranovih rudah.
Današnji kemični elementi prihajajo iz enega od treh virov: nukleosinteza supernove, nukleosinteza zvezd in nukleosinteza velikega poka. Do nukleosinteze pride, ko so atomska jedra stisnjena skupaj tako tesno in pri tako visoki toploti, da premagajo medsebojni odboj svojih elektronskih lupin in proizvedejo težja jedra. Na ta način se lahko jedra vodika zlijejo v jedra helija, ki se lahko zlijejo v jedra ogljika, če so doseženi pogoji zadostne temperature in tlaka.
Na začetku je bilo vesolje tako vroče in gosto, da ni bilo sestavljeno iz nič drugega kot prosti kvarki – sestavine protonov in nevtronov – elektroni in sevanje. Po milijoninki sekunde so se kvarki začeli zlivati v barione: protone in nevtrone. Prvih dvajset minut po velikem poku je temperatura vesolja presegla temperaturo v središču najsvetlejših zvezd z gostoto večjo od zraka. V tem obdobju so protoni in nevtroni energijsko trčili in tvorili večja jedra: devterij in dva izotopa helija. 25 odstotkov vse snovi v vesolju se je pretvorilo v helij, s približno 75 odstotki vodika, skupaj s količinami v sledovih težjih elementov, kot je litij. To je podobno današnjemu razmerju kemičnih elementov.
Prve zvezde so nastale približno 300 milijonov let po velikem poku in sprožile drugo obliko nukleosinteze, imenovano zvezdna nukleosinteza. Pri zvezdni nukleosintezi se močno zgoščena snov v središču zvezde podvrže jedrski fuziji, pri čemer se sproščajo velike količine energije in uravnovešajo sile gravitacije, ki delujejo pri kolapsu zvezde. To lahko predstavljamo kot nenehno eksplodirajočo H-bombo. Elementi do železa v periodnem sistemu nastanejo pri zvezdni nukleosintezi.
Za ustvarjanje elementa, ki je težji od železa, je potrebna druga vrsta nukleoziteze, nukleosinteza supernove. Supernove se pojavijo, ko zvezde katastrofalno propadejo, potem ko porabijo vse svoje jedrsko gorivo v svojih jedrih. Atmosferski ovoj zvezde se zaradi gravitacije sesede navznoter in se odbije od jedra iz skoraj nestisljive “elektronsko degenerirane” snovi. Med tem nenadnim odbijanjem se nekaj odstotkov zvezdnega materiala skoraj v trenutku zlije v težje elemente. S tem se sprosti dovolj energije, da supernova zasenči svojo galaksijo gostiteljico dni ali tednov. Med tem neverjetno energičnim kozmičnim dogodkom se sintetizirajo elementi, težji od železa.