恆星的演化開始於巨分子雲。
一個星系中大多數虛空的密度是每立方厘米大約0.1到1個原子，但是巨分子雲的密度是每立方厘米數百萬個原子。一個巨分子雲包含數十萬到數千萬個太陽質量，直徑為50到300光年。
巨分子雲是大量分子氣體的集合體，質量介於10^4–10^6倍太陽質量。雲氣的直徑可以達到數十個秒差距，密度則在每立方厘米10^2–10^3個粒子(在太陽附近是平均每立方厘米一個粒子)。在這些雲氣內的次結構有複雜的形式，包括絲狀體、片狀、氣泡和不規則的團塊等。
密度最高的絲狀體和團塊部分稱為“分子雲核”，而密度最高的分子雲核，就稱為“稠密分子雲核”，密度可以高達每立方厘米10^4–10^6個粒子。在觀測上，可以用一氧化碳搜尋分子雲核，用氨搜尋稠密分子雲核。集中在分子雲核的塵埃會阻擋背景的星光，造成星際消光的效果形成暗星雲。
巨分子雲通常在其所在天區的星座範圍內占有明顯的位置，因此經常會用星座命名，例如獵戶座分子雲(OMC)或是金牛座分子雲(TMC)。這些分子雲圍繞著太陽成為一個環形的陣列，稱為古爾德帶。在銀河系內質量最大的分子雲是人馬座B2，在距離銀河中心120秒差距處形成一道環。人馬座的區域含有豐富的化學元素，是天文學家在星際空間中尋找新分子的良好標本。
在巨分子雲環繞星系旋轉時，一些事件可能造成它的引力坍縮。巨分子雲可能互相衝撞，或者穿越旋臂的稠密部分。鄰近的超新星爆發拋出的高速物質也可能是觸發因素之一。最後，星系碰撞造成的星雲壓縮和擾動也可能形成大量恆星。 坍縮過程中的角動量守恆會造成巨分子雲碎片不斷分解為更小的片斷。質量少於約50太陽質量的碎片會形成恆星。在這個過程中，氣體被釋放的勢能所加熱，而角動量守恆也會造成星雲開始產生自轉之後形成原始星。
