Là các cụm khí gas và bụi với nhiệt độ rất thấp, chỉ khoảng 10-30 K. Do đó hầu hết hydro đều tồn tại ở dạng phân tử (H2).[1] Kích thước của các đám mây này rất đa dạng, có thể từ vài năm ánh sáng đến hơn 600 năm ánh sáng và khối lượng có thể đạt tới hàng triệu M☉. Mật độ vật chất ở đây rất cao (so sánh với các vùng khác), chỉ có thể được tạo thành ở nhiệt độ cực thấp, nếu không nhiệt độ của khối khí sẽ làm giãn nở nồng độ vật chất. Các đám mây này còn được gọi là "vườn ươm sao" do nó chứa rất nhiều các thành phần thô cần thiết để tổng hợp các sao và hệ mặt trời (hầu hết là Hydro và bụi),. Các ngôi sao thường được sinh ra trong các vùng tinh vân tối, do mật độ vật chất tại đây dày đặc hơn cả.

Các phân tử Hydro không thể phát hiện trực tiếp bằng bức xạ hồng ngoại hay vô tuyến thông thường, mà được suy luận thông qua Carbon monoxit (CO). [2]

Hiện người ta đã phát hiện được hàng trăm loại phân tử trong các đám mây này, từ những chất cơ bản như NH3, CH, OH cho đến những phân tử phức tạp như rượu ethyl (C2H5OH), thậm chí là đường.[3]