Các nhà thiên văn học thường coi các loại vật chất như hơi và bụi bặm trong không gian giữa các vì sao được gọi chung là vật chất xung quanh các vì sao. Những năm 30 của thế kỷ XX, các nhà khoa học dùng kính viễn vọng quang học bất ngờ phát hiện ra mấy loại phân tử hai nguyên tử trong mây thể hơi giữa các vì sao. Do khả năng quan sát của kính viễn vọng quang học này còn nhiều hạn chế, trong vòng 30 năm sau đó, nghiên cứu quan sát các phân tử giữa các vì sao về cơ bản bị ngưng trệ. Sự phát triển của thiên văn học bức xạ điện cuối cùng đã mở ra kho báu tri thức cho con người về các phẩn tử giữa các vì sao.

Năm 1963, nhà khoa học Mỹ lẩn đẩu tiên dùng kính viễn vọng bức xạ điện phát hiện ra phân tử gốc (OH). Năm năm sau, lại phát hiện ra amôniac (NH3), phân tử nước, một loại phân từ hữu cơ kết cấu phức tạp – formaldehyde (H2CO). Kể từ đó, các loại kính viễn vọng bức xạ điện loại lớn của nhiều quốc gia trên thế giới đổ xô vào công tác tìm kiếm phân tử giữa các ngôi sao mới, đúng như một nhà thiên văn học từng nói: “Việc đài thiên văn thảo luận phân tử trở thành mốt”. Những phát hiện này đã làm thay đổi một vài cách nhìn sai lệch của các nhà thiên văn xưa. Ví dụ, Nguyên Tiên cho rằng mật độ vật chất trong không gian giữa các vì sao vô cùng thấp, khó có thể hình thành hai phân tử của một nguyên tử, cho dù hình thành, do tác dụng của tia hồng ngoại và tia bức xạ của vũ trụ rất dễ phân giải, tuổi thọ của nó thấp.

Sự phát hiện của các phân tử giữa các vì sao được liệt vào một trong bốn phát hiện hiện tượng thiên văn học lớn trong những năm 60 của thế kỷ XX, cho đến tận ngày nay, con người đã phát hiện được hơn 60 loại phân tử giữa các vì sao trong hệ Ngân hà. Trong quá trình nghiên cứu vật lý và hoá học của các phân tử giữa các vì sao đã giành được những tri thức mà trên Trái đất không có cách nào có được, đưa ra một thông tin hữu ích cho nghiên cứu các vấn đề quan trọng của thiên văn học.
Trong hệ Mặt trời, hệ Ngân hà và trong các tinh hệ khác, đã phát hiện ra phân tử oxy, phân tử nước và một vài phân tử hữu cơ. Trong các phân tử giữa các vì sao đã phát hiện ra còn có Xyanogen hoá hiđro, formaldehyde (H2CO), phân tử axêton alkyn, ba loại phân tử hữu cơ này là nguyên liệu hợp thành axit amôni không thể thiếu. Do đó cho thấy, trong không gian vũ trụ, rất có thể tồn tại axit amoni. Axit amoni là thành phẩn chủ yếu cấu thành protein và axit nucleic, do vậy ở những nơi bên ngoài Trái đất cũng có thể tồn tại các trạng thái sống muôn màu muôn vẻ.

Các ngôi sao trong quá trình hình thành vật chất giữa các vì sao và sự trở về vật chất giữa các vì sao, có thể tiến hành nghiên cứu thông qua phân tích đường phổ phân tử, kết quả của nócó thể làm căn cứ để tìm ra các hiện tượng thiên văn khác. Tận dụng thăm dò kết cấu phân tử mây, mà còn có thể nghiên cứu vận động kích thước lớn, hình thái và chất lượng đặc trưng phân bố của hệ Ngân hag và tinh hệ ngoài hệ Ngân hà…

Nơi không gian giữa các vì sao dưới điều kiện cực đoan như siêu chân không,
nhiệt độ siêu thấp, siêu bức xạ, là “Phòng thực nghiệm” khó có được để nghiên cứu các hiện tượng vật lý của nguyên tử và phân tử. Những nghiên cứu của phân tử giữa các vì sao, rõ ràng là sẽ không ngừng thúc đẩy phát triển thiên văn học, vật lý học, hoá học, sinh vật học và công nghệ không gian.