Et andet vigtigt bevis, der understøtter Big Bang teorien, kom fra observationer af antallet og typerne af kemiske grundstoffer i universet. Da universet kun var et par minutter gammelt, var dets temperatur og dets densitet høj nok til, at nukleare reaktioner fandt sted. Kollisioner mellem protoner i det tidlige univers, opbyggede lavvægtskerner, herunder deuterium (tungt brint), og isotoper af helium, lithium, beryllium og bor. Denne proces, kaldet Big Bangs nukleosyntese, bestemmer den endelige kemiske sammensætning af det stof, som fremkom fra den varme fase af Big Bang.
Ingen grundstoffer der er tungere end bor, blev dannet i Big Bang, for på den tid, var densiteten af universet for lav til reaktioner som for eksempel tripel-alfa-processen, der danner carbon i stjernernes indre (se kapitel 15). Derfor må alle de tungere grundstoffer i universet, herunder de atomer der udgør størstedelen af Jorden og dens liv, være dannet i efterfølgende generationer af stjerner.
De beregnede forudsigelser af mængden af deuterium, helium og lithium fra Big Bangs nukleosyntese, kan indtegnes som en funktion af den nuværende densitet af normalt (lysende) stof i materiale, som vist i figur 18.19. Det første der skal bemærkes til figur 18.19 er, at cirka 24 procent af massen af det normale stof dannet i det tidlige univers, burde have endt op som den meget stabile isotop 4He, uanset den samlede massefylde af universet. Faktisk findes omkring 24 procent af det normale stofs masse i universet i dag, som 4He, i fuldstændig overensstemmelse med forudsigelserne i Big Bang nukleosyntesen.
De andre mængder af isotoper der blev dannet i Big Bang, var mere følsomme over for densiteten af det normale stof i universet. Sammenligning af nuværende mængder med modeller af isotopdannelsen i Big Bang, hjælper med at klarlægge det tidlige univers’ densitet. Begyndende med mængderne af isotoper som 2H (deuterium), og 3He der findes i universet i dag (vist som de stort set parallelle lyseblå og lyslilla bånd i figur 18.19) og sammenligner dem med forudsigelser i forskellige modeller af, hvor store mængderne af forskellige isotoper er, når de er dannet ved forskellige densiteter (de mørke farver af de tilsvarende lyse vertikale bånd), kan kosmologer finde densiteten af det normale stof (det horisontale gule område i figur 18.19). De bedste aktuelle målinger, giver en værdi på cirka 3,9 ∙ 10-28 kg/m3, som den gennemsnitlige densitet af normalt stof i universet i dag (ved havniveau på Jorden, er luftens densitet omkring 1,2 kg/m3). Denne værdi ligger godt inde for det interval, der er forudsagt af observationerne vist i figur 18.19. Endnu en gang, er overensstemmelserne bemærkelsesværdige, og det samme gælder for mange forskellige isotoper. Ved at bruge dette, kan kosmologer begynde med en observation af mængden af normalt stof i og omkring galakser, og derefter sammenligne med beregninger af, hvordan den kemiske sammensætning der stammer fra Big Bang, burde have været. Observationerne passer bemærkelsesværdigt godt med mængden af disse grundstoffer, som faktisk findes i naturen. De store forudsigelser i Big Bang teorien, er blevet slået rungende fast.
Denne overensstemmelse, giver også en kraftig begrænsning på naturen af mørkt stof, der dominerer massen i universet. Mørkt stof, kan ikke bestå af normalt stof bestående af neutroner og protoner; hvis det gjorde det, ville densiteten af neutroner og protoner i det tidlige univers, have været meget højere og have resulteret i, at mængderne af de lette grundstoffer i universet, ville have været meget forskellige fra det, der rent faktisk observeres.
I det næste kapitel, vil vi se på galakser – de enorme samlinger af stjerner, gas og støv, som engang blev kaldt ”øuniverser” – og beviser for, at de hovedsageligt består af mørkt stof.