الكيمياء الفلكية هي دراسة العناصر الكيميائية الموجودة في الفضاء الخارجي وتشكيلها والتفاعلات بينها. وتشير الكيمياء الفلكية إلى دراسة كيمياء كلا النظام الشمسي والوسط البين-نجمي. والعلم الذي يدرس كيمياء أجرام النظام الشمسي (مثل المذنبات والنيازك) يُسمى الكيمياء الكونية. بينما الذي يدرس تفاعلات الذرات والجزيئات في الوسط البينجمي يدعى الفيزياء الفلكية الجزيئية. لسنوات عديدة كان الفلكيون يملكون معرفة ضئيلة بتركيب الوسط البينجمي، فعلم الفلك البصري لم يُظهر إلا النجوم والمجرات والسدم. بينما كان الوسط البينجمي يظهر مظلماً تماماً، كأنه لا يوجد شيء فيه. لكن مع ظهور علم الفلك الراديوي في الخمسينيات والستينيات جاءت اكتشافات مذهلة. فقد أظهرت الأرصاد خطوطاً طيفية للهيدروجين ذات طول يبلغ 23 سنتيمتراً، والتي تدل على وجود كميات كبيرة من الهيدروجين في الوسط البينجمي. وقد اكتشفت العديد من العناصر الأخرى في الوسط البينجمي بعد اكتشاف الهيدروجين، وبعضها لا توجد على الأرض. والتركيب الكيميائي والذري وولادة وتطور ونهاية السحب الجزيئية هو ذو أهمية خاصة في الكيمياء الفلكية، لأن النجوم والأنظمة الكوكبية تولد من هذه السحب.