宇宙中存在着如此多的奥秘，以至于从未让人类停止探索。恒星，如太阳，由于拥有发光的特性，能够点缀夜晚的星空，也引得人们无尽地遐想。恒星的起源、分类与演化自然成为了人们关心的宇宙学问题之一。基于数百年的研究成果，今天我们人类如何理解恒星的演化呢？
首先，人们对于恒星的发源与形成还没有完全地理解。主流观点认为，恒星的形成来自于宇宙大爆炸初期的重子，大量的氢原子和氦原子松散的分布在一个空间内，形成巨分子云。分子云在相互间引力的作用下，开始聚合、塌缩，导致急剧的核聚变从而引爆刚刚聚合的分子云。由于分布的不均匀性，分子云中可能会形成数个云核，这些云核在这次引爆中整体飞出，每一个单独形成一个恒星；因此，由于巨分子云的特点，形成的恒星的质量往往不会过大（最高数十倍于太阳质量）。
根据云核的质量大小，恒星的质量大小也就被确定了，恒星的演化生涯也就正式开始。
对于恒星而言，质量相比于它的其他状态，如旋转、速度等，更能决定其归宿。质量大的恒星，内部的引力作用强，原子之间的距离更加紧密，这种压力使得原子间可以进行稳定的核聚变反应（初期为氢的聚变反应）。核聚变产生的能量使得恒星具有膨胀的趋势（热压力），这与引力造成的收缩趋势渐渐达到平衡，从而保持恒星的形态。太阳就是这样一个典型的例子。有人说，恒星的演化就是引力与压力的对抗过程，这种自然存在的矛盾状态在宇宙层面也是普遍的，更不用说地球上或是自然界中。
但是由于质量的巨大差异，不同的恒星的宿命可能完全不同。
记MS为太阳质量，褐矮星（Brown Dwarf）为质量小于0.08MS的恒星，也被称作次恒星。它们由于质量较小，内部引力小，甚至无法启动核聚变反应，自身就达到了引力与压力平衡的状态。
质量大于0.08MS的恒星会落在“主序带”上，这是一条在宇宙中大部分恒星所处的亮度带。这条亮度带（如图左上到右下的曲线）表征恒星的实际亮度（纵轴）与恒星表面温度（横轴）之间的关系（赫罗图）。位于主序带上的恒星具有不同的特性，如质量，聚变反应的强烈程度等，因此不同恒星的实际亮度以及表面温度会有差异，但在统计上具有相当强的相关关系。太阳大致位于主序带的中间，并会随着时间的流逝慢慢漂移（因为氢通过聚变反应的消耗而慢慢消失），直到结束其生命。
不同恒星由于聚变反应强度的巨大差异（从几乎没有明显的聚变反应到巨分子云的十分剧烈的反应，虽然形成恒星后会相对温和），它们消耗燃料的速度也完全不同（反应强度约与质量的四次方成正比）。质量约为0.08MS~0.8MS的红矮星（Red Dwarf），由于内部缓慢的核聚变反应，大约需要6万亿到12万亿年才能将氢元素消耗殆尽，这远超过宇宙自大爆炸以来的寿命——138亿年。因此在宇宙现有的时间尺度上可以把它们看做稳定不变的恒星。
相比于红矮星等低质量恒星，以太阳为代表的的中等质量恒星（0.8MS~8MS）会有更复杂的演化过程。简而言之，在其内部的氢燃料燃烧殆尽后，它们会脱离主序带，变为红巨星（Red Giant），此时由于有限的热压力（核燃料燃烧产生的能量造成的膨胀压力），它们会重新开始收缩。
这里还要介绍简并压力。简并压力是海森堡不确定性原理预言的。由于不确定性原理，物质的动量（速度）和位置的不确定性之乘积有下限，因此当两个分子足够接近，其中的各个粒子（如中子和电子等）由于被限制在较小的尺度内位置不确定性较小，因而速度不确定性增大，带来了较大的运动潜力。这种运动能力和分子热运动（由热压力产生）产生了相同的作用——抵消因重力造成的塌缩。
红巨星的宿命也直接由其质量决定了。对于小质量红巨星（0.8MS~2MS），由电子产生的简并压力足够大，可以抵消红巨星由于内部燃料消耗导致的塌缩，保持稳定，最终形成完全依靠电子简并压力支撑的白矮星（White Dwarf）。期间会形成“氦闪”，这是一个复杂且快速的过程，暂时未被观测到。
而更大质量的红巨星（2MS~8MS）由于较高的引力，使得较大的内部压力在电子简并压力还未占据主导时就已经促成了新的核聚变——氦聚变。这是一种将三个两质子两中子的氦核合并成6质子六中子的碳核的聚变过程。也就是说氢核的燃烧产生的氦核成为了新的燃料，再次产生足够热压力抵消引力收缩作用，但显然这种聚变过程对压力大小的要求更高。这样的聚变过程生成的碳，氧等重元素（相比初期的氢氦）会在恒星风的作用下被抛射到宇宙的各个角落，丰富了宇宙的元素组成。
由于相比于燃烧氢元素的主序星，利用氢聚变的红巨星会在赫罗图上拥有一条异于主序带的分布，而是一条水平分支，如上图Giants带。
由于氦反应往往剧烈且迅速，因此短时间内的冲击可能导致恒星的快速膨胀，然后核聚变减弱，恒星冷却，热压力不足以支撑引力，所以再次收缩，重复导致恒星的核聚变。这样的一次次循环被称为蓝循环。这个过程相比主序带的恒星寿命而言极为迅速，如，有些处于蓝循环的脉动变星，循环周期只有数百天，在宇宙的时间尺度上只是一瞬间。这个过程中，红巨星可能会因急速膨胀，失掉表层的小质量壳层，这些壳层会飞出，形成行星状星云，具有鲜艳的颜色和各异的形状，如图。
在一次次循环中，红巨星失掉质量和氦元素，最终演化成“碳星”等，如果此时质量仍然足够大，这些元素会继续聚变，形成更重的金属元素。但大部分红巨星的生命已经止步于此了，最终和小质量红巨星一样，形成白矮星。
值得一提的是，太阳离开主序带后，变成为小质量红巨星，体积由于质量减小而扩大；由于不能点燃氦聚变，太阳会很快脱掉外壳，演变成一个很小的白矮星。而所有的白矮星都会在缓慢的消耗巨变染料后变为宇宙中毫不起眼的黑矮星。
但更加有趣的，也是使得宇宙丰富多彩的，还要当属大质量恒星（>8MS）。它们在形成初期的所有聚变反应都会由于巨大的引力而更快，更强烈。因此会很快地失掉质量，进行各种核聚变，创生重元素，如硫、铁等。但我们都知道，聚变是并非可以持续进行的。如图为核子数与原子核结合能（结合释放的能量）的关系，可以看到Fe56为所有元素中核结合能最高的。这也解释了为什么更大质量的金属元素（如铀等）会有衰变的趋势（核裂变），而更小质量的（氢、氦等）会有聚合的趋势（核聚变），当然两者的启动在地球上都并非易事。
因此，大质量恒星一旦无法持续利用自身元素进行核聚变产生足够热压力，以抵消引力塌缩时，就会开始渐渐崩塌，结合成一团。此时，它们被称作超新星（Supernova），在某些机制（人类暂未理解清楚）的作用下会产生超新星爆发，同时会将各种元素抛射到宇宙的各个角落，尤其是与铁（Fe）在质量上相近的金属元素等。
由于具有极小的半径，为了保持角动量守恒，原先仅有微小角动量的中子星会获得相当大的角速度。由于某些中子星的磁极的存在，快速旋转的中子星会发射出周期性十分稳定的脉冲信号，这样中子星被称为脉冲星（Pulsar）。事实上，中子星之所以不会进一步塌缩，完全依靠中子的简并压力做支撑。
但如果力量实在过大，以至于中子简并压力也无法支撑时，物质就是无可挽回地收缩到一个点——奇点，所有的中子、物质都聚集到一起，即便光也逃脱不掉。这样的星体被称为黑洞（Black Hole），也是我们最为熟知的。但由于不可观测性，人类的大部分黑洞的相关研究都停留在纸上。下图为恒星演化的模式图。
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