巨星
5太陽質量以下の場合、中心部の温度はヘリウムの核融合反応に必要な温度には達しないと考えられている。したがって、水素の核融合反応が起きている赤色巨星のまま進化し、その後白色矮星となる。
恒星がそれより重い場合には中心部の温度が1億度に達し、ヘリウムが核融合反応を起こして炭素と酸素を作るトリプルアルファ反応が進行する。この反応によって生じる熱によって恒星の中心核は膨張する。これにより、水素の核融合反応が起きていた中心核の外側では圧力が下がり、エネルギー生成効率が減少する。これによって恒星の光度は減少するとともに恒星の外側は収縮し、HR図上では巨星分枝を離れる。その後の進化は、恒星の質量に依存する。非常に大質量の星でなければ、HR図上の水平分枝へと移行する。もし恒星が太陽質量の8倍よりも軽ければ、中心部のヘリウムを使い尽した後はその中心核の周囲でヘリウムの核融合反応が続く。このとき再び恒星の光度は上昇し、漸近巨星分枝星となってHR図上の漸近巨星分枝を上っていく。恒星がその質量の大部分を放出したのち、その中心部は炭素と酸素からなる白色矮星となる。
炭素の核融合反応が可能になるほど重い星の場合(およそ太陽質量の8倍以上)、その進化過程は大きく異なる。恒星の光度は主系列を離れた後も大きくは増加せず、色は赤くなる。これらの星は赤色超巨星となるか、あるいは恒星風による質量の喪失によって青色超巨星となる。最終的に、これらの星は酸素とネオンからなる白色矮星になるか、あるいは重力崩壊型超新星を経て中性子星かブラックホールになる。