Во всех новых звездах водород превращается в гелий в результате ядерного синтеза. При этом выделяется большое количество энергии (например, свет и тепло). В нормальной звезде, такой как наше Солнце и все другие звезды главной последовательности, это изменение происходит в самом центре звезды. Рано или поздно почти весь водород в центре превращается в гелий. Это приводит к остановке ядерной реакции. Центр начинает уменьшаться под действием гравитации звезды. В результате слой за пределами центра становится более горячим. В этом слое все еще есть водород. Этот водород будет плавиться, образуя гелий.
С этим новым источником энергии внешние слои звезды станут намного, намного больше. Звезда станет ярче, иногда в десять тысяч раз ярче, чем когда она была на главной последовательности. Поскольку внешние слои звезды стали больше, энергия будет распределяться по гораздо большей площади. Из-за этого температура поверхности понизится, а цвет изменится на красный или оранжевый.
Фаза красного гиганта является временной. Она короче, чем миллиарды лет, которые звезда проводит на главной последовательности. Вскоре (всего через сотни миллионов лет) красные гиганты начнут перерабатывать гелий в другие элементы, такие как углерод, азот и кислород. Некоторые из их внешних слоев сдуются, оставив межзвездный газ и пыль вокруг звезды. Со временем большинство красных гигантов станут белыми карликами. Очень крупные красные гиганты становятся нейтронными звездами или черными дырами.
