质子和中子结合而成的重氢，不再会被高能量光子光解，存留的质子和中子开始互相参予反应，形成各种氢的同位素和氦的同位素，和微量的锂和铍。这过程称为太初核合成。在大约1000秒钟时，温度降到低于4亿K。核子与核子之间，不再能靠着高速度随机碰撞的机制，克服库仑障壁，互相接近，产生核融合。因此，太初核合成过程无法进行，太初核合成阶段大致结束。任何剩余的中子，会因为半衰期大约为614秒的负贝他衰变，转变为质子，同时释出一个电子和一个反电微中子：其中，formula_59 代表中子，formula_60 代表质子