Gran parte del espacio interestelar está ocupado por gas, principalmente hidrógeno y helio, y por minúsculas partículas que los astrónomos denominan polvo cósmico, compuestas principalmente por carbono, silicio y oxígeno. En algunas regiones, el material interestelar es muy denso y forma nebulosas. En otras, la densidad del gas y del polvo cósmico es muy baja.
La mayor parte de este gas y polvo se origina en la muerte de las estrellas, que explotan como supernovas o que expulsan al espacio sus capas más externas, con lo que devuelven la materia al espacio interestelar. De este material se forman las nuevas estrellas.
Con frecuencia, el gas y el polvo interestelar sólo puede detectarse como emisiones infrarrojas. Gracias a la utilización de detectores infrarrojos, los astrónomos pueden penetrar las nubes de gas y polvo interestelares, a menudo invisibles, y obtener amplia información sobre su composición y su estructura.
La astronomía infrarroja ha detectado varios tipos de moléculas interestelares complejas.
