Tutte le nuove stelle cambiano l'idrogeno in elio attraverso la fusione nucleare. Questo produce molta energia (per esempio luce e calore). In una stella normale, come il nostro Sole e tutte le altre stelle della sequenza principale, questo cambiamento avviene proprio al centro della stella. Prima o poi, quasi tutto l'idrogeno al centro si è trasformato in elio. Questo causa l'arresto della reazione nucleare. Il centro comincerà a diventare più piccolo a causa della gravità della stella. Questo fa sì che lo strato appena fuori dal centro diventi più caldo. Questo strato ha ancora idrogeno. Questo idrogeno si fonderà per produrre elio.
Con questa nuova fonte di energia, gli strati esterni della stella diventeranno molto, molto più grandi. La stella diventerà più luminosa, a volte fino a diecimila volte più luminosa di quando era sulla sequenza principale. Dato che l'esterno della stella è più grande, l'energia sarà distribuita su un'area molto più grande. A causa di questo, la temperatura della superficie scenderà e il colore diventerà rosso o arancione.
La fase di gigante rossa è temporanea. È più breve dei miliardi di anni che una stella trascorre sulla sequenza principale. Presto (in sole centinaia di milioni di anni) le giganti rosse inizieranno a fondere l'elio per produrre altri elementi come il carbonio, l'azoto e l'ossigeno. Alcuni dei loro strati esterni spariranno, lasciando gas interstellare e polvere intorno alla stella. Col tempo, la maggior parte delle giganti rosse diventeranno nane bianche. Le giganti rosse molto grandi diventano stelle di neutroni o buchi neri.
