Un problema chimico è connesso al fatto che le basse temperature caratteristiche della materia interstellare non consentono di superare le barriere di attivazione per il verificarsi di qualunque reazione chimica ordinaria. Più in dettaglio, le particelle reagenti devono possedere una certa energia per "collegarsi" tra loro e formare una molecola. Per un gas che si trovi in condizioni di equilibrio, l'energia media delle particelle dipende dalla temperatura. Si può quindi dire se, statisticamente, in un gas sono possibili, o meno, certe reazioni chimiche. Alle temperatura caratteristiche delle nubi interstellari, qualche decina di gradi Kelvin, l'energia cinetica delle particelle è estremamente ridotta, per cui tutti i processi chimici noti (reazioni termiche) procedono a velocità talmente basse da non poter in alcun modo spiegare le abbondanze molecolari suggerite dalle osservazioni.
Occorre prendere, allora, in considerazione reazioni tra specie ionizzate (reazioni non termiche). In questo caso la carica dello ione induce cariche elettriche di segno contrario negli atomi circostanti, con conseguente interazione elettrica di attrazione tra le due particelle. Questo meccanismo di attrazione agisce a distanze molto maggiori di quelle alle quali si fanno sentire le forze di attrazione tra particelle neutre. Le reazioni chimiche tra specie ionizzate presentano molti vantaggi, rispetto a quelle tra specie neutre: