גרעינים כבדים יותר נוצרו מגרעיני מימן והליום, בדרך של נוקליאוסינתזה כוכבית, בתוככי כוכבים שכבר התגבשו והתהוו. תהליך זה נמשך גם עתה, במחזורי לידה, חיים ומוות. חלק מיסודות כבדים אלה, בפרט אלה הקלים מברזל, ממשיכים להגיע לתווך הבין-כוכבי, כתוצאה מכך שכוכבים בעלי מסה הקטנה משמונה מסות שמש מעיפים החוצה את המעטפת החיצונית שלהם לפני שהם קורסים לננסים לבנים. שאריות החומר שהושלך החוצה יוצרות את הערפיליות המופיעות במקומות רבים ברחבי הגלקסיה שלנו, למשל, היא גלקסיית 'שביל החלב', אבל גם באחרות.

תהליכי נוקליאוסינתזה של סופרנובה בתוך כוכבים מתפוצצים אחראיים לתפוצתם של יסודות הנמצאים בין מגנזיום (מספר אטומי 12) לבין ניקל (מספר אטומי 28). קיימת דעה לפיה נוקליאוסינתזה של סופרנובה גורמת גם ליצירת יסודות הכבדים מברזל וניקל, בשניות הספורות האחרונות של אירוע סופרנובה מסוג II. תהליך התרכבותם של יסודות כבדים אלה הוא קולט-אנרגיה (אנדותרמי), הבא על-חשבון האנרגיה המשתחררת במהלך התפוצצותה של הסופרנובה. חלק מיסודות אלה נוצר כתוצאה מבליעת כמה נייטרונים בפרק זמן של מספר שניות במהלך ההתפוצצות. היסודות הנוצרים באירוע סופרנובה כוללים את היסודות הכבדים ביותר בטבלה המחזורית, דוגמת אורניום ותוריום, שהם רדיונוקלידים (כלומר, פולטי חלקיקים) קדומים וארוכי-חיים במיוחד.