Pirmosios žvaigždės susiformavo praėjus maždaug 300 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, kai visata dar buvo tamsi, iš pirmykščių dujų debesų. Pirmosios žvaigždės buvo pagamintos iš vandenilio ir helio, o jokių kitų elementų – nulinio „metališkumo“. Astrofizikoje metalas yra bet koks elementas, sunkesnis už vandenilį ar helią.
Manoma, kad pirmosios žvaigždės buvo didžiulės, šimtus Saulės masių, nes materijos trupinimo procesas tik prasidėjo. Ankstyvoji visata buvo labai vienalytė – buvo tik nedideli sklandaus materijos pasiskirstymo nukrypimai. Pamažu šie nukrypimai kaupėsi ir kondensavosi į vietines dujų kišenes. Šis procesas užtruko daug laiko, nes gravitacija yra gana silpna, kai vienoje vietoje dar nėra sukrauta daug medžiagos.
Pirmosios žvaigždės vadinamos „III populiacijos“ žvaigždėmis, priešingai nei po jų atsiradusios II populiacijos žvaigždės, o I populiacijos žvaigždės kaip mūsų Saulė. Šios vėlesnės žvaigždės turi daug didesnį metalų kiekį, o tai daro didelę įtaką jų dinamikai. Šiandien žvaigždė, masyvesnė už 150 Saulių, negali egzistuoti. Dėl deguonies, azoto ir anglies šerdyje katalizuojamos vandenilio sintezės reakcijos, o žvaigždė sprogs savaime, nespėjusi susiformuoti.
Bet ne su pirmosiomis žvaigždėmis. Šie dalykai buvo didžiuliai. Mokslininkai mano, kad jie galėjo nedidelį žvilgsnį įžvelgti šių žvaigždžių švytėjimą naudodami Spitzerio kosminį teleskopą. Be sunkiųjų elementų savo šerdyje šios žvaigždės sulydė vandenilį naudodamos pp protonų procesą, kuris trunka labai ilgai. Vis dėlto dėl savo didžiulės masės šios žvaigždės būtų turėjusios labai tankius ir karštus centrus, pagreitinančius reakcijas. Pirmosios žvaigždės tikriausiai egzistavo ne ilgiau kaip milijoną metų. Dėl didžiulio atstumo tikriausiai negalėsime jų stebėti, kol teleskopų technologija nepagerės.