元素合成（げんそごうせい、Nucleosynthesis）とは、核子（陽子と中性子）から新たに原子核を合成する事象である。原子核合成、核種合成とも。 例えば、水素と重水素を非常に強い力によってぶつけると、その二つの元素が合成されてヘリウムが作られる。 ビッグバン理論によれば、核子はビッグバン後宇宙の温度が約200MeV（約2兆K）まで冷えたところで、クォークグルーオンプラズマから生成された。数分後、陽子と中性子からはじまり、リチウム7とベリリウム7までの原子核が生成されるが、リチウム7やベリリウム7は崩壊し、宇宙に多く貯蔵されるには至らない。ヘリウムより重い元素の合成は概ね恒星での核融合や核分裂により生じる。また、鉄より重い元素はほとんどが超新星爆発の圧力によってのみ生成される。 今日、地球上の自然界を構成する多くの元素はこれらの元素合成を通して作られたものである。
