As reações nucleares estão na génese dos elementos químicos e ocorreram ou ocorrem em diferentes processos: nucleossíntese primordial, nucleossíntese estelar e nucleossíntese interestelar.
Nucleossíntese primordial
Os núcleos dos primeiros elementos químicos, os mais leves, formaram-se pouco tempo depois do Big Bang, a partir da mistura de quarks.
Nesta nucleossíntese ter-se-ão formado os núcleos:
| Hidrogénio-1 (prótio) | \(^{1}_{1}\text{H}^{+}\) | |
| Hidrogénio-2 (deutério) | \(^{2}_{1}\text{H}^{+}\) | |
| Hélio-3 | \(^{3}_{2}\text{He}^{2+}\) | |
| Hélio-4 | \(^{4}_{2}\text{He}^{2+}\) |
Só passados 300 mil anos do Big Bang é que os eletrões se juntaram aos núcleos, originando os átomos respetivos.
Nucleossíntese estelar
Durante a vida de uma estrela há uma sequência de equilíbrios entre a atração gravitacional (que a tenta comprimir) e a energia libertada pelas reações no seu núcleo (que a tenta expandir).
As estrelas maiores consomem o hidrogénio a maior temperatura e vivem menos tempo. São as estrelas que brilham mais.
Em diferentes fases da estrelas são formados diferentes novos elementos.
Uma estrela como o Sol pode produzir átomos até ao oxigénio.
Estrelas com massa maior do que 8 \({M}_{0}\) (\({M}_{0}\) é a massa do Sol), as supergigantes vermelhas, podem originar átomos até ao ferro, \(_{26}\text{Fe}\).
No final da sua vida as camadas exteriores são empurradas para o espaço a velocidades enormes num fenómeno chamado supernova.
Nesta explosão final podem-se originar elementos químicos até ao urânio, \(_{92}\text{U}\).
Nucleossíntese interestelar
As enormes nuvens de poeiras à deriva no espaço, constituídas pelos elementos químicos formados nas nucleossínteses primordial e estelar, são atravessadas por raios cósmicos constituídos por protões ou eletrões lançados a grandes velocidades.
Estes podem interagir com os átomos existentes originando fissões, o que origina elementos químicos mais leves, preenchendo algumas lacunas na Tabela Periódica.
A maioria (90%) dos átomos existentes no Universo são de hidrogénio.
