このような赤外線の観測により、破壊的な紫外線を減衰するのに十分な粒子の存在する濃い分子雲の中では、薄い氷の層が微視的な粒子を覆い、低温化学反応が起きる環境となる。水素分子は宇宙で圧倒的に豊富な分子であるため、これらの氷の特性は水素の化学的性質に支配される。水素が原子状の場合、水素原子が近くの酸素原子、炭素原子、窒素原子と反応して、水、メタン、アンモニア等の「還元」分子を形成する。しかし、水素が分子であり、そのため反応性が低い場合、より思い原子が反応して結合し、一酸化炭素、二酸化炭素、シアン化物を形成する。これらの混合分子からなる氷は、紫外線や宇宙線に晒され、複雑な放射線由来の化合物を形成する。単純な星間氷の光化学に関する実験室での実験では、アミノ酸が形成された。星間と彗星の氷の類似性（及び気相化合物の比較）は、星間と彗星上の物質の化学的性質の関係を示す指標として提唱されている。またこの説は、スターダストによる彗星からのサンプル中の有機物の分析により支持されているが、これらの鉱物の存在は、太陽系星雲内での高温化学反応の驚くべき貢献も示している。
研究.
星間分子や星周分子の形成や相互作用の方法について、例えば非自明な量子力学的現象を星間粒子の合成経路に含めて考える等の研究が進んでいる。この研究は、太陽系形成時に分子雲に存在していた一連の分子の理解に大きな影響を与える可能性がある。これら一連の分子は、彗星や小惑星の豊富な炭素化学種、ひいては毎日地球にトン単位で降り注ぐ隕石や星間塵粒子の豊富な炭素化学種に寄与した。
星間空間、惑星間空間の物質がまばらであり、対象禁制の反応は長い時間スケール以外では起こりえないため、いくつかの異常な化学反応が生じる。このため、例えばプロトン化水素分子等の地球上では不安定な分子や分子イオンが宇宙空間には豊富に存在する。