Skład dowolnego obiektu może być podany jako zbiór obfitości pierwiastkowych i izotopowych. Można na przykład mówić o składzie oceanu, Układu Słonecznego, czy nawet Galaktyki w kategoriach ich odpowiednich ładunków pierwiastkowych i izotopowych. Formalnie, wyrażenie obfitość pierwiastkowa zwykle oznacza ilość pierwiastków w obiekcie wyrażoną w stosunku do jednego konkretnego pierwiastka (lub jego izotopu) wybranego jako standard do porównania. Objętości izotopowe odnoszą się do względnych proporcji stabilnych izotopów każdego pierwiastka. Są one najczęściej cytowane jako procenty atomów, jak w tabeli.
Od późnych lat trzydziestych XX wieku geochemicy, astrofizycy i fizycy jądrowi połączyli siły, aby spróbować wyjaśnić obserwowany wzorzec obfitości pierwiastków i izotopów. Wyłonił się mniej lub bardziej spójny obraz. Uważa się, że wodór, duża ilość helu i niektóre izotopy litu powstały w czasie Wielkiego Wybuchu – pierwotnej eksplozji, z której, jak się uważa, powstał wszechświat. Reszta pierwiastków pochodzi, bezpośrednio lub pośrednio, z gwiazd. Promienie kosmiczne wytwarzają znaczną część pierwiastków o liczbach masowych pomiędzy 5 a 10; pierwiastki te są stosunkowo rzadkie. Wiele dowodów wskazuje na to, że gwiazdy syntetyzują cięższe pierwiastki w procesach jądrowych, określanych wspólnym mianem nukleosyntezy. W pierwszym rzędzie nukleosynteza determinuje więc wszędzie wzorzec obfitości pierwiastków. Wzorzec ten nie jest niezmienny, ponieważ nie wszystkie gwiazdy są takie same, a materia wydostająca się z gwiazd może podlegać różnym procesom separacji fizycznej i chemicznej. Na przykład nowo utworzona mała planeta może nie wywierać wystarczającego przyciągania grawitacyjnego, aby wychwycić lekkie gazy – wodór i hel. Z drugiej strony, procesy, które zmieniają obfitość pierwiastków, zwykle w znacznie mniejszym stopniu zmieniają obfitość izotopów. Tak więc, praktycznie całe ziemskie i meteorytowe żelazo analizowane do tej pory składa się z 5,8 procent 54Fe, 91,72 procent 56Fe, 2,2 procent 57Fe i 0,28 procent 58Fe. Tabela zawiera wykaz zawartości izotopowych pierwiastków stabilnych oraz kilku pierwiastków promieniotwórczych. Względna stałość obfitości izotopowych pozwala na zestawienie znaczących średnich mas atomowych pierwiastków. Dostępność mas atomowych jest bardzo ważna dla chemików.
O ile istnieje ogólna zgoda co do tego, jak powstały pierwiastki, interpretacja obfitości pierwiastków i izotopów w konkretnych ciałach nadal zajmuje uwagę naukowców. Surowe dane uzyskują oni z kilku źródeł. Większość wiedzy na temat zawartości pierwiastków pochodzi z badań Ziemi, meteorytów i Słońca.
Obecnie akceptowane szacunki zawartości pierwiastków w Układzie Słonecznym (w przeciwieństwie do ziemskich) pochodzą głównie z dwóch źródeł. Analizy chemiczne chondrytów węglowych typu I, specjalnego rodzaju meteorytów, dostarczają informacji o wszystkich pierwiastkach z wyjątkiem najbardziej lotnych – tzn. tych, które istniały w postaci gazów, których ciało macierzyste meteorytu nie mogło wychwycić w reprezentatywnych ilościach. Spektroskopowa analiza światła słonecznego dostarcza informacji o pierwiastkach lotnych, których brakuje w meteorytach.
W zakresie, w jakim Słońce przypomina inne gwiazdy, zawartość pierwiastków i izotopów w Układzie Słonecznym ma znaczenie uniwersalne. Wzorzec Układu Słonecznego ma kilka godnych uwagi cech. Po pierwsze, lżejsze izotopy, wodoru i helu, stanowią ponad 98 procent masy; cięższe izotopy to zaledwie 2 procent. Po drugie, poza wyjątkami omówionymi poniżej, w miarę wzrostu A lub Z w układzie okresowym pierwiastków, ich liczebność na ogół maleje. Na przykład, Układ Słoneczny jako całość zawiera około milion razy więcej węgla, azotu i tlenu niż znacznie cięższych pierwiastków – platyny i złota, choć proporcje tych ostatnich mogą się znacznie różnić w zależności od obiektu. Spadek obfitości wraz ze wzrostem masy odzwierciedla po części sukcesywny charakter nukleosyntezy. W nukleosyntezie nuklid o niższej masie często służy jako zalążek lub cel do produkcji nuklidu o wyższej masie. Ponieważ konwersja nuklidu o niższej masie do produktu o wyższej masie jest zwykle daleka od całkowitego, obfitości mają tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem masy. Trzecią interesującą cechą jest to, że stabilne izotopy o parzystej liczbie protonów i neutronów występują częściej niż izotopy o nieparzystej liczbie protonów i neutronów (tzw. efekt parzystości). Spośród prawie 300 znanych stabilnych nuklidów tylko pięć ma nieparzystą liczbę protonów i neutronów; ponad połowa ma parzyste wartości Z i N. Po czwarte, wśród izotopów o parzystych Z i N pewne gatunki wyróżniają się znaczną stabilnością jądrową i stosunkowo dużą liczebnością. Nuklidy, które mają równą i parzystą liczbę neutronów i protonów, nuklidy „alfa-cząsteczkowe”, należą do tej kategorii, która obejmuje węgiel-12, magnez-24 i argon-36. Wreszcie, szczyty w rozkładzie obfitości występują w pobliżu specjalnych wartości Z i N zdefiniowanych powyżej jako liczby magiczne. Wysokie obfitości manifestują dodatkową stabilność jądrową, którą te magiczne liczby nadają. Pierwiastki o podwyższonej liczebności to nikiel (Z = 28), cyna (Z = 50) i ołów (Z = 82).
Badanie promieni kosmicznych i światła emitowanego przez gwiazdy dostarcza informacji o liczebności pierwiastków i izotopów poza Układem Słonecznym. Promienie kosmiczne to jądra atomowe lub elektrony o wysokiej energii, które generalnie pochodzą spoza Układu Słonecznego. Słońce również wytwarza promienie kosmiczne, ale o znacznie niższej średniej energii niż te, które docierają do Układu Słonecznego spoza niego. Wzorzec obfitości w promieniach kosmicznych pod wieloma względami przypomina ten w Układzie Słonecznym, co sugeruje, że obfitość w promieniach słonecznych i w całej galaktyce może być podobna. Istnieją dwa wyjaśnienia, które mają wyjaśnić dlaczego zawartość promieniowania słonecznego i kosmicznego nie zgadza się pod każdym względem. Pierwszym z nich jest to, że promienie kosmiczne przechodząc przez materię międzygwiazdową ulegają reakcjom jądrowym, tj. zderzeniom, które przekształcają ich jądra. Po drugie, materia pochodząca z niezwykłych gwiazd o egzotycznym składzie może być bardziej widoczna w promieniach kosmicznych.
Określenie zawartości pierwiastków i izotopów w gwiazdach Galaktyki Drogi Mlecznej i bardziej odległych galaktyk stwarza ogromne trudności eksperymentalne. Badania w tej dziedzinie są aktywne i ujawniają trendy w składzie gwiazd, które są zgodne z teorią nukleosyntezy. Na przykład „metaliczność”, czyli udział pierwiastków ciężkich w gwiazdach, wydaje się wzrastać wraz z wiekiem gwiazdy. Ponadto, znanych jest wiele gwiazd o składzie znacznie różniącym się od tego w Układzie Słonecznym. Ich istnienie doprowadziło niektórych badaczy do wątpliwości, czy koncepcja kosmicznej, w przeciwieństwie do układu słonecznego, obfitości jest sensowna. Na chwilę obecną być może wystarczy zacytować amerykańskiego astrofizyka Jamesa W. Trurana:
Lokalny wzór obfitości jest ogólnie reprezentatywny. Ogólna charakterystyka obfitości w całej naszej galaktyce, w innych galaktykach, a nawet najwyraźniej w kwazarach jest ogólnie podobna do tej w materii Układu Słonecznego, co świadczy o tym, że leżące u ich podstaw układy gwiezdne podlegają tym samym procesom nukleosyntezy.