การสังเคราะห์นิวเคลียสคือการสร้างนิวเคลียสของอะตอมใหม่ขึ้นจากโปรตอนและนิวตรอน (นิวคลีออน) ที่มีอยู่แล้ว โดยมีความเชื่อว่าการสังเคราะห์นิวเคลียสนี้เกิดขึ้นหลังจากการเกิดบิกแบงเพียงไม่กี่นาที จากการที่โปรตอนและนิวตรอนรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่เสถียร ทำให้เกิดเป็นนิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมได้ แต่จำนวนที่เกิดขึ้นนั้นเกิดขึ้นมาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
กล่าวคือการสังเคราะห์นิวเคลียสเกิดขึ้นหลังจากการเกิดบิกแบงเพียงไม่กี่นาทีนั้น โดยที่นิวเคลียสของอะตอมที่เกิดขึ้นนั้นเกิดขึ้นจากโปรตอนและนิวตรอนที่มีอยู่ เป็นโปรตอนที่มีความเสถียร เกิดการรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่มีความเสถียรเช่นกัน รวมตัวกันเป็นอะตอมหลังจากที่อุณหภูมิเย็นหลายล้านองศา โดยโปรตอนและอิเล็กตรอนที่มีความเสถียรได้รวมตัวกันเป็นไฮโดรเจนฮีเลียม ลิเทียมและ แบริเลียม แต่ปริมาณของอะตอมแต่ละชนิดที่เกิดขึ้นนั้นมีปริมาณที่น้อยมาก และกระบวนการที่เกิดการรวมตัวเป็นอะตอมหรือสสารนี้เรียกว่าปฏิกิริยาฟิวชั่น ปฏิกิริยาฟิวชั่นจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและจะหยุดลงเมื่ออุณหภูมิและความหนาแน่นของโปรตอนและอิเล็กตรอนลดลงจนถึงจุดจุดหนึ่ง ที่พลังงานไม่เพียงพอที่จะไปกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นได้ กระบวนการสักเคราะห์นิวเคลียสที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า กระบวนการนิวคลีโอเจนซีส
สำหรับการสังเคราะห์นิวเคลียสของอะตอมของธาตุหนัก จะเกิดหลังจากที่มีซุปเปอร์โนวาและการระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีมวลมาก ธาตุที่เกิดในช่วงของการสังเคราะห์นิวเคลียสมีเลขอะตอมตั้งแต่ 6 ไปจนถึง 98 ซึ่งธาตุเหล่านี้สามารถตรวจจับได้ในเส้นสเปกตรัมของซุปเปอร์โนวา
การเกิดธาตุที่หนักเหล่านี้เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นและฟิชชั่นในช่วงที่มีการระเบิดหรือช่วงที่มีซุปเปอร์โนว่าเนื่องจากการจะทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นและฟิชชั่นนั้นต้องใช่พลังงานที่สูงมากนั้นเอง ถึงแม้ว่าเมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วจะมีพลังงานออกมาก็ตาม จากกระบวนการฟิวชั่นและฟิชชั่นนี้ในบางครั้งก็มีการปล่อยพลังงานออกมาด้วย หลักการการสังเคราะห์นิวเคลียสเป็นทฤษฏีที่คาดคิดมีการเกิดขึ้นจริงเมื่อนานหลายล้านล้านปีก่อน เป็นการกำเนิดของโลกและของดาวฤกษ์ แต่ก็ยังไม่มีนักวิทยาศาสตร์ท่านใดออกมายืนยันอย่างชัดเจน แต่ก็เป็นทฤษฏีที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน
จากการศึกษาดังกล่าวทำให้เราได้ค้นพบในเรื่องของการสังเคราะห์นิวเคลียสว่ามีลักษณะเป็นอย่างไร ซึ่งเรื่องต่างๆ เหล่านี้ไม่ใช่เพียงแค่นักวิทยาศาสตร์เพียงอย่างเดียวเท่านั้นที่จะรับรู้ คนทั่วๆ ไปเองก็ควรที่จะมีการศึกษาและเรียนรู้ในภาคทฤษฎีเบื้องต้นว่าสิ่งเหล่านี้มันเป็นอย่างไรและมีความเกี่ยวข้องกับตัวเราเองอย่างไรบ้าง เพราะในความเป็นจริงนั้นเรื่องของวิทยาศาสตร์เป็นสิ่งที่อยู่รอบตัวเราทั้งสิ้นขึ้นอยู่กับว่าจะเลือกนำมาใช้กับตัวเองเพื่อให้เกิดประโยชน์มากที่สุดได้ดีแค่ไหน เพราะสิ่งเหล่านี้ล้วนแล้วแต่เป็นสิ่งที่มีประโยชน์ทั้งสิ้น