В межзвездном пространстве вещество находится в крайне разреженном состоянии и представляет собой мельчайшие частицы пыли, атомы и молекулы газа, в основном водорода. Газ и пыль рассеяны по всему межзвездному пространству, но распределены неравномерно. Они образуют протяженные облака неправильной формы, которые называют газовыми и газопылевыми туманностями. Концентрация частиц в туманностях достигает нескольких десятков в 1 см3, что, однако, в десятки тысяч раз меньше, чем в самом высоком вакууме, достижимом в земных условиях. При такой разреженности газа каждая его частица может сталкиваться с другими частицами в среднем раз в несколько суток (а то и значительно реже) и длина свободного пробега может быть в десятки раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца.

 О температуре столь разреженного газа можно говорить, только имея в виду среднюю кинетическую энергию хаотического движения Е_пост тех редких частиц, которые и составляют этот газ. Чтобы это подчеркнуть, температуру такого разреженного газа называют иногда кинетической температурой. Непосредственно измерить температуру такого газа невозможно, так как любой термометр практически никогда не пришел бы в тепловое равновесие в таким газом.

Температура газа туманностей зависит от близости звезд. Сравнительно недалеко от звезд расположена лишь небольшая часть туманностей с температурой до нескольких тысяч градусов. Большинство туманностей очень далеки от звезд и представляют собой облака очень холодного газа.

Однако сами облака движутся со скоростями в несколько километров в секунду, что в тысячи раз больше средней скорости теплового движения их частиц. Облака время от времени сталкиваются; при этом сталкиваются составляющие их частицы, и кинетическая энергия движения облака как целого переходит в кинетическую энергию отдельных частиц. Температура газа возрастает до нескольких тысяч градусов, но затем газ остывает.