Räjähtävä nukleosynteesi on raskaiden elementtien luomista, joka tapahtuu supernovan sydämessä. Supernova on erittäin energinen tähtitieteellinen tapahtuma, jossa superjätti tähti kuluttaa ydinpolttoaineensa ja romahtaa oman painovoimansa alla. Laskeva aine pomppii supertiheää ydintä vasten, jolloin syntyy räjähdys ja iskurintama, joka kulkee pois ytimestä jopa 2000 km/s nopeudella. Supernova voi ylittää isäntägalaksinsa, ja tähtitieteilijät ovat havainneet niitä muinaisesta historiasta lähtien.
Tähdet saavat energiansa ytimen, pääasiassa vedyn ja heliumin, fuusion kautta. Tätä kutsutaan vedyn ja heliumin polttamiseksi. Hyvin massiivisissa tähdissä näiden elementtien palaessa syntyy “tuhkaa” raskaammista ja raskaammista elementeistä – hiilestä, neonista, piistä, raudasta ja nikkelistä – kunnes lopulta ytimien sulattamiseen tarvittava energiamäärä ylittää sen vapauttaman energian, ja ydinketjureaktio sammuu. Jäljellä on rauta-nikkeliydin, joka koostuu noin 1.38 aurinkomassasta, joka sitten romahtaa nopeasti joko neutronitähteeksi tai mustaksi aukoksi aiheuttaen supernovan palautumisesta. Toinen supernova, jota kutsutaan tyypin Ia supernovaksi, esiintyy vähemmän massiivisissa tähdissä. Tyypin Ia supernova syntyy, kun hiili-happi-valkoinen kääpiö ylittää saman 1.38-aurinkomassakynnyksen ja polttaa kaiken sisällön muutamassa sekunnissa.
Molemmissa supernovatyypeissä ytimeen muodostuu miljardien asteiden lämpötilat, ja useita aurinkomateriaalimassoja heitetään ulospäin 3% valon nopeudesta. Vaikka rauta- ja nikkeliytimien sulattaminen yhteen on erittäin kallista energian kannalta, supernova on enemmän kuin tarpeeksi käynnistämään tarvittavat reaktiot. Jokainen rautaa raskaampi alkuaine jaksollisessa taulukossa on joko syntynyt supernovaräjähdyksissä tai se on näiden elementtien hajoamistuote.
Supernovan nukleosynteesi on vain yksi nukleosynteesiluokka. Tyypillisempi nukleosynteesityyppi on tähtien nukleosynteesi, pääasiassa vedyn ja heliumin polttotyyppiä. On myös alkuräjähdyksen nukleosynteesi, joka tapahtui maailmankaikkeuden kolmen ensimmäisen minuutin aikana. Tämän tapahtuman aikana 24% kosmoksen alkuperäisistä vetyatomeista sulatettiin heliumytimiin. Tällä hetkellä havaittavissa oleva universumi koostuu noin 74% vedystä, 24% heliumista, 1% hapesta ja 1% muista elementeistä.