Τα πρώτα αστέρια σχηματίστηκαν περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν το σύμπαν ήταν ακόμα σκοτεινό, από αρχέγονα νέφη αερίων. Τα πρώτα αστέρια ήταν φτιαγμένα από υδρογόνο και ήλιο, και κανένα άλλο στοιχείο – μηδενική «μεταλλικότητα». Στην αστροφυσική, μέταλλο είναι οποιοδήποτε στοιχείο βαρύτερο από το υδρογόνο ή το ήλιο.
Τα πρώτα αστέρια πιστεύεται ότι ήταν τεράστια, εκατοντάδες ηλιακές μάζες, επειδή η διαδικασία τεμαχισμού της ύλης είχε μόλις αρχίσει. Το πρώιμο σύμπαν ήταν πολύ ομοιογενές — υπήρχαν μόνο μικρές αποκλίσεις στην ομαλή κατανομή της ύλης. Σιγά-σιγά, αυτές οι αποκλίσεις συσσωρεύτηκαν και συμπυκνώθηκαν σε τοπικούς θύλακες αερίου. Αυτή η διαδικασία πήρε τεράστιο χρόνο, επειδή η βαρύτητα είναι σχετικά ασθενής όταν δεν υπάρχει ήδη πολλή ύλη συσσωρευμένη σε ένα μέρος.
Τα πρώτα αστέρια ονομάζονται αστέρια «Πληθυσμός ΙΙΙ», σε αντίθεση με τα αστέρια του Πληθυσμού ΙΙ που ήρθαν μετά από αυτά, και του Πληθυσμού Ι αστέρια όπως ο Ήλιος μας. Αυτά τα μεταγενέστερα αστέρια έχουν πολύ υψηλότερη περιεκτικότητα σε μέταλλα, η οποία επηρεάζει τη δυναμική τους με σημαντικούς τρόπους. Σήμερα, ένα αστέρι πολύ μεγαλύτερης μάζας από 150 Ήλιους δεν θα μπορούσε να υπάρξει. Λόγω της παρουσίας οξυγόνου, αζώτου και άνθρακα στον πυρήνα, οι αντιδράσεις σύντηξης υδρογόνου καταλύονται και το αστέρι θα ανατιναζόταν μόνο του πριν είχε την ευκαιρία να σχηματιστεί.
Όχι όμως έτσι με τα πρώτα αστέρια. Αυτά τα πράγματα ήταν τεράστια. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να έχουν πιάσει μια μικρή γεύση από τη λάμψη αυτών των άστρων χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer. Χωρίς βαριά στοιχεία στους πυρήνες τους, αυτά τα αστέρια συντήξαν υδρογόνο χρησιμοποιώντας τη διαδικασία πρωτονίων pp, η οποία διαρκεί πολύ. Ωστόσο, λόγω της ακραίας μάζας τους, αυτά τα αστέρια θα είχαν πολύ πυκνά και θερμά κέντρα, επιταχύνοντας τις αντιδράσεις. Τα πρώτα αστέρια πιθανότατα δεν υπήρχαν περισσότερο από ένα εκατομμύριο χρόνια. Λόγω της μεγάλης απόστασής τους, πιθανότατα δεν θα μπορούμε να τα παρατηρήσουμε μέχρι να βελτιωθεί σημαντικά η τεχνολογία των τηλεσκοπίων.