Después de la secuencia principal

Al final de la secuencia principal, la mayor parte de las capas estelares alrededor del núcleo no son convectivas sino radiativas : la energía es evacuada por los fotones, sin transporte de materia y sin mezclas. El hidrógeno se agota en el centro ineluctablemente. El proceso de fusión se para y la estrella deja la secuencia principal. La rotura de producción de energía conduce a la contracción del núcleo; se calienta, y la capa exterior se extiende y se enfría.

Después de la secuencia principal, las estrellas de masa comparable al Sol y hasta 5 a 6 veces mayores, atraviensan una fase más activa, durante la cual queman el hidrógeno en una envoltura alrededor del núcleo de helio. A continuación queman el helio y el carbono. En esta fase, la atmósfera de la estrella se dilata y su luminosidad aumenta considerablemente. La estrella se convierte en gigante roja de la rama asimptótica.
Durante esta fase, la estrella se vuelve completamente convectiva, lo que tiene como consecuencia la extracción de los elementos pesados producidos en las capas internas hacia las capas externas. Es una fase de instabilidad atmosférica durante la cual hay una fuerte tasa de eyección de masa, podiendo alcanzar por año con velocidades de eyección de 5 à . Esta pérdida de masa puede durar hasta un millón de años. Las estrellas se rodean progresivamente de un envoltorio podiendo alcanzar varias masas solares y dimensiones del orden de un año luz. El envoltorio contribuye a enriquecer el medio interestelar en elementos pesados.

La rama asimptótica está dividida en 2 partes. Las estrellas de pequeña masa llegan a la fase gigante roja durante la fusión del hidrógeno en capas alrededor del núcleo de helio. En cuanto a las estrellas más masivas llegan durante la fase de fusión de helio en carbono.

Si la masa de la estrella no es demasiado grande, llega un momento en que la temperatura central no permite encontrar nuevas fuentes de energía. Solo subsiste la presión de degeneración de electrones para mantener la estrella. Las regiones internas se contraen hasta formar una enana blanca. Las capas externas serán expulsadas por la presión de radiación dando origen a una nebulosa planetaria.

La contracción del núcleo de helio conduce a su calentamiento. Para las estrellas más masivas, la fusión del helio, a partir de , conduce al carbono, a través de la reacción :

La estrella tiene una nueva fuente de energía y vuelve a una situación de equilibrio.

El carbono conduce al neón y al oxígeno. Todos los elementos hasta el hierro son producidos por fusión en las estrellas más masivas : una estrella masiva es una fábrica de elementos pesados.