我们用肉眼看去，星星之间似乎是空无一物的。恒星之间有没有物质存在呢?恒星之间是真空吗?
　　在20世纪初，德国著名天文学家哈特曼发现一个奇怪的现象：在猎户座8的光谱中出现一条电离钙生成的暗谱线。猎户座δ是颗温度很高的恒星，照理说，这种恒星的光谱中不应该出现金属谱线的。更奇怪的是，猎户座δ是颗分光双星，南于双星互相绕转，它的光谱线都有周期性的位移，唯独这条电离钙的谱线的波长没有变化。这条钙谱线是怎样来的呢?哈特曼提出自己的看法，他认为，产生电离钙谱线的那些物质对于地球是静止的，就是说，在恒星和地球之间存在着尘埃和气体，它们叫星际物质，它们吸收恒星发出的光，所以产生出钙的暗谱线。哈特曼的看法是否正确呢?天文学家对其他一些高温的分光双星做了观测，结果又发现了没有位移的中性钠的暗谱线。这说明哈特曼的看法是对的，星际空间中确实存在着吸光物质。1930年，又有天文学家从另外的角度证实星际物质的存在。瑞士天文学家特朗普勒是位研究星团的专家。因为星团距离越远，它的亮度越暗，因此根据星团的亮度可以推算出星团的距离。而知道距离就可由观测到的星团的角直径计算出星团的真直径。特朗普勒在研究疏散星团的距离和大小时发现一个奇怪的结果：星团距离越远，星团的真直径越大。这个奇怪的结果间接地证实了星际空间存在吸收光线的星际物质，它们吸收星团发出的光使星团的亮度变小，使我们误以为它们很远，根据夸大的距离计算出星团的大小也就夸大了。这才造成星团距离越远，其直径越大的错误结论。至此，天文学家普遍承认恒星之间并非真空，而是充满星际物质。
　　这些物质是些什么呢?它们的化学成分怎样呢?天文学家做了大量观测，不仅观测到钙、钠、钾、铁、钛等元素发出的星际谱线，还观测到碳、氮和氢组成的分子化合物产生的星际谱线和谱带，人们还把光谱仪放到人造卫星上去观测，又发现了许多元素，如氧、镁、硅、磷、氯、氩、锰等产生的星际谱线。我们知道，宇宙中最丰富的元素是氢，星际空间有没有氢原子呢?氢原子所产生的谱线波长较长，不在可见光的范围。要想探测氢，必须用射电望远镜去观测。1944年，范德胡斯特当时还是个大学生，他的毕业论文题目就选的是宇宙中氢原子的探测问题。他经过理论计算指出，宇宙空间中的氢原子能够发射出波长为21厘米的无线电波。不过一个氢原子平均要1千万年才发生一次21厘米波长的无线电波，是极稀有的事件，但由于星际空间中氢原子太丰富了，星际氢原子的21厘米无线电波是足够强的，能够用射电望远镜探测到。1951年美国的射电天文学家根据范德胡斯特的建议，果然在21厘米波长上接收到氢原子发出的无线电波。分析观测资料表明，星际氢原子聚集在银河中，这些氢原子的气体温度很低，平均为60K，密度很小，一个立方米的空间内才有10万个氢原子。一个星际氢原子大约每300年才和周围的氢原子碰撞一次!而地球大气的分子间每秒钟却要碰撞10亿次!
　　除了氢原子之外，天文学家还用射电望远镜发现在恒星际空间存在着许多分子，这些星际分子的种类不下六七十种之多，有十几种无机分子，像水、氨、一氧化碳等，其余都是有机分子，如甲醛、乙醇等。此外还有星际尘埃，它们是些直径在十几分之一微米的小颗粒，主要成分是水冰、石墨、硅酸盐以及金属等等。星际物质在空间中的分布是不均匀的，在有些区域星际物质特别稠密，像是一片片云雾。从前的天文学家在观星的时候，看到天上有许多发亮的云雾状天体，便把它们叫做星云。有的星云没有规则的形状叫做弥漫星云，用肉眼可以看到的星云只有猎户座大星云，它就是个弥漫星云。有的星云有个圆形或椭圆形的小面积，很像个行星，这类星云叫做行星状星云。
　　不同星云的大小、密度、温度各不相同。行星状星云的直径，平均为0.3光年，星云质量约0.2个～0.6个太阳质量，星云的密度为每立方米中含有1亿～100亿个星云物质粒子，温度为1000K～10000K。而弥漫星云的大小和质量却大得多，例如猎户座大星云的直径有300光年以上，质量大约为5万个一10万个太阳质量，最亮的部分的密度为每立方米100亿个原子，温度约8000K。暗星云也属于弥漫星云，估计暗星云中尘埃的质量大约为20个太阳质量，气体为200个～300个太阳质量，暗星云由于得不到亮星的照射，它的温度只有10K。星际分子组成的星云叫分子云，在猎户座大星云就有一个大分子云。现在天文学家认为，恒星就是从分子云中诞生的。
　　还有一类星云，用望远镜观测它是个小而暗的圆形暗斑，人们把它叫做球状体。星际空间还有些看不见的物质，人们认为宇宙中暗物质的质量比发光物质的质量还大。