Büyük Patlama Nükleosentezi, evrenin ilk birkaç dakikasında meydana gelen elementlerin ilk yapı taşlarının oluşumunu sağlayan kritik bir süreçtir. Söz konusu dönem, Büyük Patlama'dan hemen sonra, evrenin genişlemeye başladığı ve sıcaklığın düşmeye başladığı anları içine almaktadır. Başlangıçta, evrenin her yeri yoğun bir enerji ve ısının hüküm sürdüğü bir plazma halindeydi. Bu plazma, protonlar, nötronlar, elektronlar ve fotonlardan oluşan bir karışımdan ibaretti. Bu aşamada atomlar henüz oluşmamıştı ancak madde ve ışık birbiriyle etkileşim halindeydi.
Evrenin genişlemesiyle birlikte sıcaklık hızla düşmeye başladı. Sıcaklık bir noktada, nükleer reaksiyonların başlayabileceği kadar düşük seviyelere geriledi. Bu koşullar altında, protonlar ve nötronlar, birbirleriyle birleşerek hafif çekirdekler oluşturmaya başladı. İlk olarak, döteryum (bir proton ve bir nötron içeren hidrojen izotopu) ve helyum çekirdekleri oluştu. Sonrasında daha karmaşık ve ağır çekirdekler de meydana geldi.
Büyük Patlama Nükleosentezi, yalnızca evrenin genişlemesi ve sıcaklığının belirli seviyelere inmesiyle mümkün olabilen bir süreçti. Evrenin çok genç olduğu bu dönemde, sıcaklık ve yoğunluk, nükleer reaksiyonların devam etmesini sağlayacak kadar yüksekti, ancak evrenin genişlemesi ilerledikçe bu reaksiyonların devam etmesi zorlaştı. Nükleonların birbirine bağlanarak çekirdekler oluşturması süreci yalnızca yaklaşık üç dakika sürdü. Bu süreç tamamlandığında, evrenin çoğunlukla hidrojen, helyum ve çok küçük miktarlarda lityum içeren bir bileşime sahip olduğu bir hale geldi.
Bu erken evren dönemi, günümüz evreninin kimyasal yapısının temellerini atmıştır. Büyük Patlama'nın hemen sonrasındaki nükleosentez süreci, evrenin ilk birkaç dakikasındaki fiziksel koşulların evrimini anlamamıza yardımcı olurken, aynı zamanda evrenin genişleme hızına, temel etkileşimlerin gücüne ve zaman içindeki değişimine ilişkin de fikir vermektedir.
