nukleosinteza (nukleo- + sinteza), sinteza atomskih jezgra u svemirskim procesima. U prirodi se razlikuje kozmološka prvotna nukleosinteza lakih elemenata, koja se odvijala neposredno nakon velikoga praska, i nukleosinteza koja se u kasnijoj povijesti svemira odvija u zvijezdama. Već je 1946. George Gamow uočio da je vrući svemir u svojim ranim fazama svojevrstan termonuklearni reaktor u kojem protoni i neutroni postupno grade teže atomske jezgre. Pritom je odsutnost stabilnih elemenata s masenim brojevima A = 5 i A = 8 karika koja nedostaje za tvorbu elemenata težih od helija. Opažena količina tako stvorenih lakih elemenata (vodikova izotopa deuterija, helija, litija) jedan je od stupova na kojima počiva standardni kozmološki model velikoga praska. Proces vodikova izgaranja u zvijezdama koje se većinom sastoje od vodika i 24% helija proučio je Hans Albrecht Bethe. Riječ je o pp (proton-proton) lancu nuklearnih reakcija na kraju kojega od četiri protona nastaje jezgra helija, uz oslobađanje energije:
41H → 4He + 2e+ + 2𝜈e + 24,69 MeV, gdje je 1H jezgra vodika, 4He jezgra helija, e+ pozitron i 𝜈e elektronski neutrino.
Pošto se potroši vodik, zvijezda se sažima i zagrijava i počinje izgaranje helija tijekom kojega se stvaraju jezgre do nikla i željeza. Veće atomske jezgre djeluju većom odbojnom silom pa je za njihovo stvaranje potrebna viša temperatura. Elementi teži od željeza stvaraju se neutronskim uhvatom, najčešće u supernovama.
