在质量像太阳或更小些的恒星中,质子-质子链反应是产生能量的主要过程,太阳只有1.7%的4氦核是经由碳氮氧循环的过程产生的,但是理论上的模型显示更重的恒星是以碳氮氧循环为产生能量的主要来源。碳氮氧循环的过程是由Carl von Weizsäcker和汉斯·贝特在1938年和1939年各自分别独立提出的。碳氮氧循环的反应如下:12C + 1H → 13N + γ +1.95 MeV13N → 13C + e+ + νe +2.22 MeV13C + 1H → 14N + γ +7.54 MeV14N + 1H → 15O + γ +7.35 MeV15O → 15N + e+ + νe +2.75 MeV15N + 1H → 12C + 4He +4.96 MeV这个循环的净效应是4个质子成为一个α粒子、2个正电子(和电子湮灭,以γ射线的形式释放出能量)和2个携带着部分能量逃逸出恒星的中微子。碳、氮、和氧核在循环中担任催化剂并且再生。特殊情况有一个较小分支的反应,在太阳核心中发生的只占了0.04%的量,最后的产物不是12碳和4氦,而是16氧和一个光子,取代进行的过程如下:15N + 1H → 16O + γ +12.13 MeV16O + 1H → 17F + γ +0.60 MeV17F → 17O +e+ + νe +2.76 MeV17O + 1H → 14N + 4He +1.19 MeV同样的,碳、氮、和氧在主要的分支,而在较小分支上的氟也仅仅是稳定状态的催化剂,不会在恒星内累积。