在1秒钟之前，宇宙中应该存在着等量的质子和中子，因为弱相互作用会使质子与中子相互转化，维持其数目的平衡。但到了1秒钟时，膨胀速度变得太大了，弱相互作用不能再维持质子与中子数的平衡。由于中子比质子稍重一些，质子转变为中子需要消耗较多能量，比中子转变为质子困难一些。然后，弱相互作用停止，中子和质子不再大量互相转换，留下的中子与质子相对数目有一个确定的比值--大概是1比6。
在最初1秒过后、3分钟之内，中子和质子进行剧烈的聚合反应，形成氘核、氦核和锂核，主要是形成氦核。这个过程用完了所有的中子，余下的质子就成了氢原子核。3分钟过后，宇宙的温度降到10亿度以下，物质密度也迅速下降，这类核反应遂告中止。计算表明，最初三分钟里大约有22-24的物质形成的氦4，剩下的物质几乎全部保持氢的形式，仅有十万分之几成为氦3和氘，还有百亿分之几成为锂。
因此，大爆炸模型预言宇宙中应有22-24的物质为氦，余大绝大部分为氢。最初三分钟里形成的氢和氦，构成了宇宙中99以上的物质。形成行星和生命的丰富多彩的重元素，只占宇宙总质量的不到1，它们大部分是在大爆炸之后很久于恒星的内部形成的。
对宇宙各处的氦、氘及其它元素等的观测，极好地证实了上述丰度值的普适性。简单的大爆炸模型与严格的天文观测间形成了美妙的一致。这一预言是大爆炸图景最大的成功。至百万年前后，温度降至107～6k范围，宇宙间弥漫着由轻元素原子核和电子、质子等组成的等离子体。2.5亿年后温度降至103k时，辐射减弱，中性原子形成，等离子体复合成为正常气体。至10亿年前后星系开始形成，50亿年前后开始出现首批恒星，太阳系的形成则在100亿年前后。
随着时间的前进，在几乎是均匀分布的物质空间中，密度稍微大一点儿的区域通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成今天的气体云、恒星、星系和其他天文学观测到的结构。具体过程决定于宇宙物质的形式和数量，其中形式可能有三种：冷暗物质、热暗物质和重子物质。