Nguyên tử chiếm khoảng 4,9% tổng mật độ năng lượng trong [[Vũ trụ quan sát được]]<ref>{{chú thích web|url=http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/Planck_reveals_an_almost_perfect_Universe|title=Planck reveals an almost perfect Universe|publisher=[[ESA]]|date=2013-03-21 tháng 3, 2013|accessdate=21 tháng 3,20132016-03-24}}</ref> (còn lại là [[vật chất tối]] và [[năng lượng tối]]), với mật độ trung bình khoảng 0,25 nguyên tử/m<sup>3</sup>.<ref name=hinshaw20060210/> Trong một [[thiên hà]] như [[Ngân Hà]], nguyên tử có độ tập trung cao hơn, với mật độ vật chất bên trong [[môi trường liên sao]] (ISM) từ 10<sup>5</sup> đến 10<sup>9</sup> nguyên tử/m<sup>3</sup>.{{sfn|Choppin|Liljenzin|Rydberg|2001|p=441}} Mặt Trời nằm trong [[Bong bóng địa phương]], một vùng tập trung khí ion hóa cao, do vậy mật độ ở môi trường lân cận hệ Mặt Trời trung bình vào khoảng 10<sup>3</sup> nguyên tử/m<sup>3</sup>.<ref name=science259_5093_327/> Các ngôi sao hình thành từ những đám mây đậm đặc trong ISM, và quá trình tiến hóa của sao dần dần làm giàu môi trường trong ISM với các nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli. Có tới 95% nguyên tử trong Ngân Hà tập trung bên trong các ngôi sao và tổng khối lượng nguyên tử chiếm khoảng 10% khối lượng toàn thiên hà.{{sfn|Lequeux|2005|p=4}} (phần khối lượng còn lại đa số là vật chất tối.)<ref name=nigel2000/>
