Najrjeđa tvar je svemir vjerojatno kvark-gluonska plazma ili nešto slično tome. Ovo je faza materije koja nastaje samo pod najintenzivnijim temperaturama i pritiscima. Veći dio prvog milijuntog dijela sekunde nakon Velikog praska, eksplozivnog događaja koji je stvorio naš svemir, sva je materija bila u obliku kvark-gluonske plazme. Kvarkovi i gluoni su čestice koje izgrađuju nukleone poput neutrona i protona, koji zauzvrat čine atome koji čine svu tvar. Kvarkovi su čestice s masom, dok su gluoni čestice koje posreduju silu i koje “lijepe” kvarkove zajedno.
Iako je kvark-gluonska plazma trenutno kandidat za najrjeđu tvar u svemiru, na svom početku bila je to normalno stanje materije. Kvark-gluonska plazma je kupka gotovo slobodnih kvarkova i gluona, koji su obično čvrsto zatvoreni u nukleone. Konvencionalni nukleoni su tako čvrsto povezani da čak ni nuklearna eksplozija ili temperatura i tlak u jezgri Sunca nisu dovoljni da ih razdvoje. Slobodni kvarkovi nikada nisu opaženi, a neki fizičari misle da je sam fenomen slobodnih kvarkova fizički nemoguć.
Kvark-gluonska plazma nastaje u nekim neobičnim okolnostima izvan Velikog praska. Mogli smo ga proizvesti po želji u akceleratorima čestica, koristeći ogromne količine energije usmjerene na teške ione, od 2000. godine. Bilo je potrebno oko dva desetljeća pokušaja da ga stvorimo, najrjeđu tvar za koju znamo. Podvig je ostvaren u CERN-ovom akceleratoru čestica u Švicarskoj. U novije vrijeme, CERN-ov Veliki hadronski sudarač provodi eksperimente na kvark-gluonskoj plazmi.
Kvark-gluonska plazma možda zapravo nije najrjeđa tvar ako se pokaže da postoji u središtima iznimno masivnih zvijezda. Neke neutronske zvijezde (ostatak koji su ostavile neke od najvećih supernova) su gušće nego što bi se moglo predvidjeti teorijom, što uzrokuje sumnju nekih znanstvenika da to zapravo nisu neutronske zvijezde, već zapravo kvarkove zvijezde. Neutronske zvijezde imaju polumjer između 10 i 20 km (6 – 12 milja), ali masu nešto veću od Sunčeve. Nasuprot tome, kvarkove zvijezde, ako postoje, imale bi polumjer između 3 i 9 km (2-6 mi) i masu usporedivu s neutronskim zvijezdama, što ih čini najgušćim objektima u svemiru. Ostatak supernove RX J1856.5-3754, neutronska zvijezda najbliža Zemlji, jedan je od potencijalnih kandidata za zvijezdu kvarka.
Postoje i druge tvari koje se bore za titulu najrjeđe tvari u svemiru. To uključuje egzotične čestice nastale u sudarima kozmičkih zraka vrlo visoke energije i druge egzotične čestice koje su postojale u zoru svemira, ali od tada nikada nisu viđene. Antimaterija se ne kvalificira kao najrjeđa tvar u svemiru jer se još uvijek može naći kako lebdi u svemiru praktički posvuda, iako u vrlo malim omjerima.