La nucléosynthèse primordiale prédit donc la distribution suivante :
75% de la matière (en masse) est sous forme d'hydrogène ou de protons, 25% sous forme d'hélium 4, et des traces de deutérium, hélium 3 et lithium 7, mais pas d’éléments plus lourds.
La théorie du Big Bang prévoit les abondances primordiales des éléments légers avec beaucoup de précision. Au contraire de ce qui se passe pendant la première microseconde, la physique de la nucléosynthèse est une physique bien connue au laboratoire, les taux des réactions sont précisément déterminés. Le seul paramètre libre est le rapport du nombre de baryons (c’est-à-dire les protons et les neutrons, constituants de la matière ordinaire) au nombre de photons, que nous appellerons le paramètre 
.
.
Les abondances observées sont en bon accord avec une valeur unique de la densité de matière ordinaire, ce qui nous prouve que notre description de la nucléosynthèse primordiale est correcte.
Il n’est pas très facile de déterminer par les observations les abondances primordiales des éléments légers car les abondances que nous observons ont subi une évolution cosmique. Par exemple, les étoiles fabriquent de l’hélium et détruisent du deutérium et du lithium, tandis que le deutérium ne peut qu’être détruit par les étoiles.
La nucléosynthèse primordiale, qui a eu lieu dans les 3 premières minutes après le Big Bang a donné naissance aux éléments les plus légers, hydrogène, hélium et lithium. Il faudra ensuite attendre plusieurs centaines de millions d'années l'allumage des premières étoiles pour que la nucléosynthèse reprenne, pour donner les éléments chimiques que nous connaissons. Cette période de l'allumage des premières étoiles est une des plus mal connues de l'histoire de l'Univers. Les premières étoiles étaient en effet probablement fort différentes de notre Soleil.
Crédits
E. Vangioni, IAP
Légende
Abondance des éléments pendant les premières minutes de l'Univers, par rapport à celle des protons
Cette figure représente l’évolution des éléments légers pendant la nucléosynthèse. L’échelle en abscisses est la température en unités de milliards de degrés : à t = 1 s, la température est de 15 milliards de degrés. En trois minutes, on passe à 1,1 milliard de degrés. Au début de la nucléosynthèse, l’Univers ne contient que des protons et des neutrons. Trois minutes plus tard, presque tous les neutrons ont été consommés pour fabriquer des noyaux d’hélium 4. Les autres neutrons vont rapidement disparaître car les neutrons libres (c'est-à-dire situés en-dehors d’un noyau) sont instables avec une demi-vie de 15 minutes, et se transforment alors en protons.