Der interstellare Raum erscheint chemisch feindlich. Das Gas ist extrem dünn, energiereiche Ultraviolettstrahlung kann Molekülbindungen zerstören, und Zusammenstöße zwischen Teilchen sind im Vergleich zu Laborbedingungen selten. Die frühe Astrophysik konzentrierte sich deshalb vor allem auf Atome und Ionen; Molekülen wurde oft nur geringe Bedeutung zugeschrieben.
Die Radioastronomie öffnete ein neues Beobachtungsfenster. Moleküle rotieren und schwingen mit charakteristischen Frequenzen und erzeugen dadurch spektrale Fingerabdrücke, die sich auch dann erkennen lassen, wenn die Wolke selbst optisch dunkel ist.
Ab den späten 1960er-Jahren nahm die Zahl der Entdeckungen rasch zu: Ammoniak, Wasser, Formaldehyd, Kohlenmonoxid und immer komplexere Moleküle wurden im interstellaren Raum identifiziert. Besonders dichte Molekülwolken erwiesen sich als chemisch reich.
Dort schützt Staub einen Teil des Materials vor zerstörerischer Strahlung, während Reaktionen im kalten Gas und auf der Oberfläche von Staubkörnern chemische Wege ermöglichen, die aus irdischer Alltagsperspektive ungewöhnlich wirken. Mittlerweile sind Hunderte interstellare und zirkumstellare Molekülspezies bekannt, darunter lange Kohlenstoffketten und komplexe organische Verbindungen.
Nicht jede Region des Weltraums ist gleichermaßen molekülfreundlich. In diffusem, stark bestrahltem Gas werden viele Moleküle schnell zerstört. Überholt ist die pauschale Behauptung: Molekülchemie ist keineswegs bedeutungslos im All, sondern zentral für kalte Wolken, Sternentstehung und das Ausgangsmaterial künftiger Planetensysteme.