Наиболее очевидным свойством звезд является то, что они светятся, точнее, являются самосветящимися телами. За счет чего покрываются их энергетические потери? Этот вопрос возник, как только был сформулирован закон сохранения энергии, однако найти исчерпывающий ответ на него сумели лишь век спустя. Обычно думают, что главная трудность проблемы - в огромной мощности выделения энергии на Солнце и звездах. В действительности дело вовсе не в этом. Удельный темп энерговыделения на Солнце и в звездах более чем скромный. Так, в расчете на один грамм своего вещества Солнце ежесекундно выделяет всего по 2 эрга. По обыденным земным меркам это совершенно ничтожный темп энерговыделения - как в куче гниющих осенних листьев. В человеческом теле темп выделения энергии на четыре порядка выше, чем в Солнце. Однако чтобы поддерживать такой уровень производства энергии, нам нужно трижды в день есть. А звезды светят миллиарды лет, не питаясь. Поскольку водород – основная составляющая звездного вещества (около 70% по массе) и поскольку при синтезе гелия выделяется большая часть ядерной энергии, запасенной в веществе, основную часть своей жизни звезды светят, сжигая водород.

Термоядерные реакции, протекающие в самых горячих внутренних областях звезд, постоянно создают все более тяжелые элементы: водород превращается в гелий; гелий, участвуя в реакциях термоядерного синтеза, становится источником возникновения углерода, кислорода и неона; затем образуются еще более тяжелые элементы (вплоть до железа-56). Это, в свою очередь, приводит к тому, что период стабильности рано или поздно заканчивается: звезды превращаются в красных гигантов, вспыхивают, а затем становятся либо белыми карликами, либо нейтронными звездами, либо черными дырами. Таким образом, в процессе своей эволюции звезды проходят несколько этапов развития. Сначала они рождаются (гравитационное сжатие межзвездного газа и пыли, в результате чего вещество сильно разогревается, что, в свою очередь, приводит к началу самопроизвольных термоядерных реакций); затем следует их жизнь как таковая (длительная фаза стабильности, во время которой температура звезд очень высока, а давление в их недрах возрастает настолько, что может уравновешивать силу тяжести и остановить гравитационное сжатие), и, наконец, наступает умирание (необратимый процесс, в результате которого звезда никогда уже не сможет вернуться к своему прежнему состоянию).