有两种过程。第一种是质子﹣质子链反应，是质量与太阳相似或比太阳轻的恆星产生能源的主要过程；第二种是碳氮氧循环，是质量比太阳大恆星的主要能源；这些反应产生的能量能持续维持恆星内部的高热。 1946年，英国天文学家弗雷德·霍伊尔提出高温的恆星最终可创造出铁元素，并在1954年导出核融合的步骤，表现出恆星如何合成从碳至铁的元素。 1957年，威廉·福勒与玛格丽特·伯比奇、杰佛瑞·伯比奇和霍伊尔一起写的《恒星内部的元素合成》，描述恒星内部通过核合成的反应而形成元素的过程，并列举出重元素被观测到的丰度分佈情况