Астрономы не могут наблюдать жизнь одной звезды от начала до конца, потому что самые короткоживущие звёзды существует миллионы лет. Звёздную эволюцию астрономы изучают на основе сопоставления характеристик множества звезд, находящихся на разных стадиях эволюции.

Физические закономерности, связывающие наблюдаемые характеристики звёзд, отражаются на диаграмме цвет- светимость – диаграмме Герцшпрунга- Рессела, на которой звёзды образуют отдельные группировки- последовательности.

Большую часть своей жизни звезда находится на так называемой главной последовательности диаграммы цвет- светимость. Все остальные стадии эволюции звезды занимают не более 10% от этого времени. Поэтому, большинство звёзд, наблюдаемых в нашей Галактике – красные карлики с массой Солнца или меньше. Главная последовательность включает в себя около 90% всех наблюдаемых звёзд.

Срок жизни звезды и то, во что она превращается в конце жизненного пути, полностью определяется её массой. Звёзды с массой больше солнечной живут гораздо меньше Солнца, а время жизни самых массивных звёзд – всего миллионы лет. Для подавляющего большинства звёзд время жизни – около 15 млрд. лет. После того как звезда исчерпает свои источники энергии она начинает остывать и сжиматься. Конечным продуктом эволюции звёзд являются компактные массивные объекты, плотность которых во много раз больше, чем у обычных звёзд.

Звёзды разной массы приходят в итоге к одному из трёх состояний: белые карлики, нейтронные звёзды или чёрные дыры.

Если масса звезды невелика, то сила гравитации сравнительно слабы и сжатие звезды прекращается. Она переходит в устойчивое состояние белого карлика. Если масса превышает критическое значение, сжатие продолжается. При очень высокой плотности электроны, соединяясь с протонами, образуют нейтроны. Вскоре уже почти вся звезда состоит из одних нейтронов и имеет такую громадную плотность, что огромная звездная масса сосредотачивается в очень небольшом шаре радиусом несколько километров и сжатие останавливается – образует нейтронная звезда. Если же масса звезды будет настолько велика, что даже образование нейтронной звезды не остановит гравитационного коллапса(сжатия), то конечным этапом эволюции звезды будет чёрная дыра.