Het vroege heelal was een hete, dichte soep van subatomaire deeltjes. Terwijl het heelal uitdijde en afkoelde, begonnen deze deeltjes zich te combineren en atomen te vormen, waaronder waterstof en helium. Dit proces, bekend als recombinatie, begon ongeveer 380.000 jaar na de oerknal, toen de temperatuur van het universum voldoende daalde om elektronen aan atoomkernen te laten binden.

Vóór dat punt werden de fotonen voortdurend verstrooid door vrije elektronen, zodat het universum ondoorzichtig was, zelfs als het bronnen van fotonen bevatte (zoals nieuw gevormde sterren). Zodra elektronen opgesloten waren in neutrale atomen, konden fotonen zich vrij voortplanten, waardoor wat astronomen kosmische microgolfachtergrondstraling noemden, die vanuit elke richting wordt gedetecteerd als zwakke nagloeiing.

Toen de eerste recombinatie in het heelal plaatsvond, konden de nieuw geproduceerde neutrale atomen opnieuw worden geïoniseerd dankzij energetische fotonen die werden geproduceerd door vroege massieve sterren en quasars. Zodra er voldoende sterrenstelsels waren gevormd en ultraviolet (UV) licht uitzonden, wordt aangenomen dat het intergalactische medium volledig opnieuw is geïoniseerd om kosmische reionisatie al zo'n 780 miljoen jaar na de oerknal te veroorzaken, zoals geschat op basis van observatie.