星間空間において重要となる化学反応や星間分子の進化を記述する化学のことであり、化学の一分野を形成している。極低温（絶対温度10K程度）の分子雲では気相中の中性粒子の衝突ではほとんど反応が起こらないため、ごくわずかに存在しているイオンとの反応であるイオン-分子反応が極めて重要である。電離領域に接する光解離領域においては電離光子よりも低いエネルギーの光子との相互作用も重要となる。宇宙電波観測により、分子雲にはさまざまな分子種が存在していることがわかっている。その中には、種々のイオンや、不飽和な有機分子（特に炭素鎖分子）、フリーラジカルなどの反応性の高い分子などが含まれる。