El concepto de temperatura de un sistema implica que todos los constituyentes del sistema se encuentran en equilibrio térmico. En el espacio las densidades son extremadamente bajas, por lo que los contactos entre sus componentes (fotones por un lado, y partículas materiales, es decir átomos, iones, electrones, moléculas y granos de polvo, por el otro) son demasiados infrecuentes como para que se establezca un equilibrio.

Por esta razón, no siempre se puede definir de forma unívoca una temperatura. Los astrónomos han calculado que los fotones dejaron de estar en equilibrio con la materia cuando el Universo sólo tenía 300.000 años. Desde entonces, los fotones tienen su propia temperatura, que va disminuyendo con el tiempo y ahora es de -270.4°C.

Esto es lo que comúnmente se llama radiación cósmica de fondo, y permea todo el Universo. Por otro lado, la materia puede tener tempera-turas muy distintas según el tipo de región en el que nos encontremos. En las galaxias, las regiones más frías son las nubes moleculares, grandes nubes de hidrógeno molecular con temperaturas del orden de 100°K (-173°C). Las más calientes son las regiones de gas coronal, con temperaturas de millones o decenas de millones de grados. También hay regiones con temperaturas intermedias, como las regiones HII(hidrógeno ionizado), con temperaturas típicas de 10.000 ºC. En el espacio de nuestro Sistema Solar, el espacio interplanetario, la temperatura es cercana a 100.000 ºC.