Cheminis elementas yra atomo tipas, pavyzdžiui, vandenilis ar deguonis. 2011 m. buvo pastebėta 118 elementų, iš kurių 98 natūraliai atsirado Žemėje. Branduoliniuose reaktoriuose arba dalelių greitintuvų eksperimentuose dirbtinai sukuriama 20 elementų. Pirmasis sintetinis elementas, sukurtas dideliais kiekiais, buvo plutonis, elementas 94. Plutonis taip pat yra sunkiausias natūraliai Žemėje randamas atomas. Plutonis, kurio pusinės eliminacijos laikas yra tik 80 milijonų metų, urano rūdose randamas itin mažais kiekiais.
Šiuolaikiniai cheminiai elementai yra iš vieno iš trijų šaltinių: supernovos nukleosintezės, žvaigždžių nukleosintezės ir Didžiojo sprogimo nukleosintezės. Nukleosintezė įvyksta, kai atomų branduoliai suspaudžiami taip glaudžiai ir esant tokiam dideliam karščiui, kad jie įveikia abipusį savo elektronų apvalkalo atstūmimą ir gamina sunkesnius branduolius. Tokiu būdu vandenilio branduoliai gali būti sujungti į helio branduolius, kurie savo ruožtu gali susilieti į anglies branduolius, jei pasiekiamos pakankamos temperatūros ir slėgio sąlygos.
Iš pradžių visata buvo tokia karšta ir tanki, kad ją sudarė tik laisvieji kvarkai – protonų ir neutronų sudedamosios dalys – elektronai ir spinduliuotė. Po milijoninės sekundės dalies kvarkai pradėjo jungtis į barionus: protonus ir neutronus. Pirmąsias dvidešimt minučių po Didžiojo sprogimo visatos temperatūra viršijo ryškiausių žvaigždžių centro temperatūrą, o jų tankis didesnis nei oro. Per šį laikotarpį protonai ir neutronai energingai susidūrė ir susidarė didesni branduoliai: deuteris ir du helio izotopai. 25 procentai visos materijos visatoje buvo paversta heliu, apie 75 procentai vandenilio, kartu su nedideliais kiekiais sunkesnių elementų, tokių kaip litis. Tai panašu į dabartinį cheminių elementų santykį.
Pirmosios žvaigždės susiformavo praėjus maždaug 300 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, pradėdamos kitą nukleosintezės formą, vadinamą žvaigždžių nukleosinteze. Žvaigždžių nukleosintezės metu labai sutankinta medžiaga žvaigždės centre susilieja, išskiria daug energijos ir subalansuoja gravitacijos jėgas, veikiančias žvaigždei žlugti. Tai gali būti laikoma nuolat sprogstančia H bomba. Periodinėje lentelėje esantys elementai iki geležies susidaro žvaigždžių nukleosintezėje.
Norint sukurti elementą, sunkesnį už geležį, reikia kitos rūšies nukleosintezės – supernovos nukleosintezės. Supernovos atsiranda, kai žvaigždės, sunaudojusios visą branduolinį kurą savo šerdyje, katastrofiškai subyra. Žvaigždės atmosferos apvalkalas dėl gravitacijos griūva į vidų ir atsimuša į šerdį, pagamintą iš beveik nesuspaudžiamos „elektronų išsigimusios“ medžiagos. Šio staigaus atšokimo metu keli procentai žvaigždės medžiagos beveik akimirksniu susilieja į sunkesnius elementus. Tai išskiria pakankamai energijos, kad supernova galėtų dienas ar savaites pranokti savo galaktiką. Šio neįtikėtinai energingo kosminio įvykio metu susintetinami už geležį sunkesni elementai.