Ensimmäiset tähdet syntyivät noin 300 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, jolloin maailmankaikkeus oli vielä pimeä, alkukantaisista kaasupilvistä. Ensimmäiset tähdet tehtiin vedystä ja heliumista, eikä muita elementtejä – nolla “metallisuutta”. Astrofysiikassa metalli on mikä tahansa vetyä tai heliumia raskaampi elementti.
Ensimmäisten tähtien uskottiin olevan valtavia, satoja aurinkomassoja, koska aineen lohkeamisprosessi oli juuri alkanut. Varhainen maailmankaikkeus oli hyvin homogeeninen – aineen tasaisessa jakautumisessa oli vain pieniä poikkeamia. Hitaasti nämä poikkeamat kertyivät ja tiivistyivät paikallisiin kaasutaskuihin. Tämä prosessi vei valtavasti aikaa, koska painovoima on suhteellisen heikko, kun ei ole jo paljon ainetta kasattu yhteen paikkaan.
Ensimmäisiä tähtiä kutsutaan ”väestö III” -tähdiksi, toisin kuin niiden jälkeen tulleet väestö II -tähdet, ja väestö I -tähdet kuten meidän aurinkomme. Näiden myöhempien tähtien metallipitoisuus on paljon suurempi, mikä vaikuttaa niiden dynamiikkaan tärkeillä tavoilla. Nykyään paljon massiivisempaa tähteä kuin 150 aurinkoa ei voisi olla olemassa. Koska ytimessä on happea, typpeä ja hiiltä, vetyfuusioreaktiot katalysoituvat ja tähti räjähtäisi itsensä erilleen ennen kuin sillä olisi mahdollisuus muodostua.
Mutta ei niin ensimmäisten tähtien kanssa. Nämä asiat olivat massiivisia. Tutkijat uskovat, että he ovat saattaneet nähdä pienen välähdyksen näiden tähtien hehkusta Spitzer -avaruusteleskoopilla. Ilman raskaita elementtejä ytimessään nämä tähdet sulattivat vetyä käyttämällä pp -protoniprosessia, joka kestää hyvin kauan. Silti äärimmäisen massansa vuoksi näillä tähdillä olisi ollut erittäin tiheitä ja kuumia keskuksia, mikä nopeuttaisi reaktioita. Ensimmäiset tähdet olivat luultavasti olemassa enintään miljoona vuotta. Koska niiden etäisyys on äärimmäinen, emme todennäköisesti pysty havaitsemaan niitä ennen kuin kaukoputketekniikka paranee merkittävästi.