經過天文學家以天文望遠鏡對不同恆星及星系作長期的觀察,利用其收集到的大量資料及數據,加上超級電腦的精確模擬與計算所製造出來的太陽理論模型,天文學家可以確定宇宙內所有恆星的構成物質基本上是相同的,都是主要由氫(約70%)及氦(約30%)加上少量重元素組成,這些物質大部份是由宇宙大爆炸(Big Bang)時已經產生。雖然所有恆星的構成物質基本上是相同,但其本身的質量大小會直接影響其光度,溫度跟顏色(兩者是直接關連的),壽命長短,內部結構及其主序帶和死亡後的演化情況。
         天文學家將質量只有太陽百分之十到百分之四十之間的恆星稱為小質量恆星。如果恆星誕生初期其質量少於太陽質量的十分之一(約2萬
兆噸)時,其核心溫度及壓力均不足以令氫燃燒而產生氫核融合,最後成為一顆昏暗而難以被發現的棕矮星(Brown Dwarf)。恆星的表面溫度會直接影響其顏色,產生不同的星光,小質量恆星的表面溫度一般介乎2千至4千K(絕對溫度)之間,其顏色在紅色至橘紅色之間,所以小質量恆星又稱為紅矮星(Red Dwarf),恆星的表面溫度愈高,愈接近橘黃色。小質量恆星內部沒有像中型及大型質量恆星的輻射層,是以對流的方式傳輸能量,因此恆星物質的分佈很均勻。而小質量恆星的核心溫度亦較中型及大型質量恆星為低,氫核融合反應速率非常緩慢,令小質量恆星的主序星生命期非常長,其整體壽命亦比中型及大型質量恆星為長,宇宙誕生初期所產生的這類型恆星,尚在主序帶上。小質量恆星在主序帶時期會一直穩定地將氫轉化為氦,由於其內部結構十分均勻,所有恆星內的氫都會對流至核心作氫核融合,當恆星內的所有氫經氫核融合轉化為氦後,由於其核心溫度不足以燃燒氦,屆時星核氫融合反應將會終止,會進行重力塌縮,重力位能轉成核心熱能,當重力位能耗盡後,便會安靜的死去,成為白矮星,最後漸漸地冷卻成黑矮星。
         當恆星質量大於太陽質量的百分之四十而小於太陽質量的八倍,天文學家會將其歸類為中型質量恆星或稱為類太陽恆星,太陽便是中型質量恆星類別中位於中間位置的其中一顆黃矮星(Yellow Dwarf)。中型質量恆星的表面溫度一般介乎4千至7千5百K之間,其顏色在橘黃色至黃白色之間,恆星的表面溫度愈高,愈接近黃白色。所有中型質量恆星由於其內部結構跟太陽一樣,所以這類恆星其主序帶和死亡後的演化情況跟太陽完全一樣。當核心中所有氫用罄,恆星會由主序帶恆星變成紅巨星,經過氦閃現象(某些質量比較大的恆星,其核心溫度甚至足夠燃燒碳,產生碳閃現象),外殼被拋出外太空,成為行星狀星雲,跟着核融合停止,成為白矮星,最後成為黑矮星。
         其他質量比太陽大八倍或以上的恆星全都區分為大質量恆星,由於質量比中
小質量恆星更大,恆星核心的密度及溫度亦更高,所以熱核反應會以更快速度進行,產生出更多的熱能,恆星會更加光亮,表面溫度會在7千5百K以上,其顏色在白色至藍色之間,恆星的表面溫度愈高,愈接近藍色。恆星的熱核反應速度完全取決於其質量大小,恆星質量越大,壽命越短,例如一顆相等於15個太陽質量的恆星,便只有一千萬年的壽命。由於大質量恆星的核心比一般恆星更熱和有更高的密度,當核心的氫全都轉化成氦之後,核心溫度將會達到12千萬K,核心條件足以產生氦核融合,把氦穩定地轉化為碳,同時在核心外圍形成一個氦殼。在恆星強大質量所產生的重力約束下,核心氦核融合轉化為碳的過程能穩定地進行,核心的高熱會令恆星外殼極度膨脹,成為比紅巨星更巨大的超紅巨星(Super Red Giant)。典型的超紅巨星比普通紅巨星大100倍以上,雖然表面溫度降低,但整體光度仍然非常高,絕對星等可達-10(太陽的絕對星等只有4.8)。超紅巨星跟紅巨星一樣是變星,由於質量與發光強度有直接關係,質量愈大的星球,它的發光強度愈大。另外質量愈大的星球,它的外層愈大,可吸收的能量愈多,因此週期會較長。所以週期較長的變星,它的發光強度愈大。跟紅巨星一樣﹐超紅巨星的膨脹與收縮會不斷令核心加熱,當核心溫度達到6K,核心中的碳便會產生碳核融合,轉化為氖(Neon)。由於恆星核心溫度不斷增加,核心物質會不斷聚變為更重的元素,直至成為鐵,其次序是氫–>氦(1千萬K)、氦–>碳(12千萬K)、碳–>氖(6K)、氖–>氧(12K)、氧–>矽Si(15K), 矽–>鐵Fe(27K)。天文學家相信在地球上常見的重元素,例如氧、氦、矽等,其實是在遙遠的過去,在一顆恆星的內部以這個機制產生的。當恆星的核心轉化成鐵後便會停止核融合反應,其原因是當鐵或更重的元素利用核融合產生更重的元素時,它不像較輕的元素會產生能量,卻反而要吸收能量,這也是為甚麼核電站把如鈾(Uranium)等重元素分裂成較輕元素時,可以產生能量的原因,所以鐵是熱核反應的終站。由於繼續燃燒鐵的核反應反而需要能量,所以恆星核心產生能量的能力便會戛然而止,核心的壓力驟降。當核心積聚了足夠的鐵後,在百分一秒之內,核心會毀滅性地猛烈收縮,同時把核心溫度提高。所有尚未使用的燃料會迅速核聚變成鐵或鎳(Nickel, Ni)。核心的外殼會塌縮在核心上,電子(Electron)和質子(Proton)會結合成中子(Neutron),並放出中微子(Neutrino,更小型的中子),它們差不多不會和任何物質產生反應,所以中微子可以穿透恆星中的物質,將大部分塌縮所產生的能量帶走。其核心由一個約500公里的鐵核,在千分之之內進行重力塌縮。由於在重力塌縮之後,核子最後必須形成簡併(degenerate)核心,但是核子是屬於不合群粒子, 不可能有不同的核子會佔據相同的狀態。所以急速塌縮所產生的巨大能量,無法完全轉換為簡併核心使用,由於原子核的天然密度會成為巨大的阻力,防止核心進一步收縮。這時核心會猛烈反彈,以極高速塌縮的核心外殼會和反彈中的核心碰撞,產生強烈的衝擊波(shock wave),同時產生出像鈾等比鐵更重的元素,並把恆星外殼炸毀,型成超新星爆炸(Supernova Explosion) ,超新星爆發十分激烈,恆星的亮度可以暴增15等,是宇宙中最璀璨的天文現象。如果產生超新星爆炸的是一個單星,這便是II型超新星(Type II Supernova ) ;如果是一個雙星系統,就會形成更激烈的I型超新星,其亮度比II型超新星強一到兩個星等。恆星在超新星爆發後的演化,便取決於恆星剩餘核心的質量。在大爆炸後,若剩餘質量少於太陽質量的1.4倍,便會成為白矮星;若質量介乎1.4至大約3個太陽質量,便會成為中子星(Neutron Star);若質量更大,便會進一步塌縮成黑洞(Black Hole)。