Хотя яркие туманности и выглядят эффектно, в них заключена ничтожная доля межзвездной среды, а большая ее часть скрывается в темных и очень холодных облаках молекулярного газа, имеющих температуру всего 10—50 °К. Этот газ — преимущественно смесь водорода и гелия. Средняя плотность газа в межзвездной среде очень мала — меньше одного атома в расчете на 1 см³, хотя встречаются и в тысячу раз более плотные облака. На 1000 атомов водорода приходится около 100 атомов гелия и 2—3 атома всех более сложных элементов таблицы Менделеева (прежде всего, кислорода, углерода и азота). В Галактике обнаружены и обширные области размером в сотни световых лет, заполненные очень горячим и разреженным газом с температурой от 1 до 2 миллионов °К. Потоки видимого света от такого газа слишком слабы. Горячий газ излучает в основном рентгеновские лучи и наблюдается с помощью рентгеновских телескопов.
Области горячего газа порождают массивные звезды, и прежде всего взрывы сверхновых звезд, нагревающих и заставляющих расширяться окружающую межзвездную среду. Наиболее эффектно межзвездный газ выглядит в эмиссионных (излучающих свет) туманностях, таких, как Большая туманность Ориона, а также в планетарных туманностях, окружающих стареющие звезды,которые сбросили с себя часть газа.
В этих ярких туманностях газ нагрет до температуры в несколько тысяч кельвинов, как на поверхности Солнца. Эмиссионные туманности светятся благодаря тому, что внутри них или рядом с ними есть молодые горячие звезды-сверхгиганты, а каждую планетарную туманность освещает изнутри горячее ядро состарившейся звезды.
