分支主要研究恒星内部的物理过程、结构与演化。在20世纪这部分内容乃是天体物理中成功的理论体系，应用也非常广泛。进入21世纪后，由于恒星观测数据的不断增多以及数据处理方法的改进，这部分理论得以进一步发展。
恒星振动.恒星的振动指恒星光度、视向速度、谱线轮廓等属性的周期性变化，相关理论主要研究恒星振动的原因、规律、传播范围与方式等内容。许多新兴观测方法与技术促进了该领域的发展，如今赫罗图上多种位置、质量、演化阶段的行星振动都已被观测到。
恒星大气丰度.这个领域通过