Ha a csillagközi anyag elegendően nagy tömegű, akkor a gravitáció hatására összehúzódó gáz- és porfelhőkből csillagok alakulhatnak ki. A kis sűrűség miatt a csillag anyaga kezdetben akadálytalanul húzódik össze. Később a megnövekvő nyomás hatására az összehúzódás lelassul, a hőmérséklet viszont folyamatosan nő. (A hőmérséklet-növekedéshez szükséges energiát a gravitációs energia csökkenése fedezi.) Ha a központi tartomány hőmérséklete eléri a néhány millió kelvint, akkor beindulnak a fúziós magreakciók. A fiatal csillagok legfőbb energiatermelő folyamata a magátalakulás. Ez kétféle módon történhet. Alacsonyabb hőmérsékleten (5 millió kelvin körül) a proton-proton ciklus, magasabb hőmérsékleten (25 millió kelvin), ahol már nagyobb rendszámú elemek is létrejöhetnek, a C-N ciklus a fő energiatermelő folyamat. Mivel a kisebb tömegű csillagok alacsonyabb hőmérsékletűek is, ezért rájuk inkább a proton-proton ciklus jellemző, a nagyobb tömegű és nagyobb hőmérsékletű csillagoknál a C-N ciklus dominál. Mindkét folyamat lényege, hogy 4 protonból energia-felszabadulás mellett 1 hélium atommag keletkezik. A felszabaduló energia egy He atommag keletkezésekor kb. . Egy ciklus lefutási ideje igen hosszú, több tíz millió év. A csillagok belsejében azonban óriási mennyiségű hidrogén vár az átalakulásra, így például a Nap esetében másodpercenként 4,2 millió tonna anyag sugárzódik ki energia formájában.

A csillagfejlődés kezdeti stádiuma akkor ér véget, amikor a csillag belsejéből kifelé tartó sugárzás nyomása (sugárnyomás) már egyensúlyt tart a gravitációval. Ettől kezdve a csillag nem húzódik össze tovább. Ekkorra a csillag már elfoglalta a helyét a Hertzsprung-Russel-diagram (HR-diagram) főágán a tömegének megfelelő helyen.

Itt tölti el "életének" legnagyobb részét, mérete, energiatermelése hosszú időn keresztül nem változik.

A nagyobb tömegű csillagok azonban sokkal pazarlóbban bánnak az energiával, mint a kisebb tömegűek. Egy háromszoros naptömegű csillag nagyjából százszor akkora teljesítménnyel sugároz, mint a Nap, ezért kb. harmincháromszor rövidebb idő alatt fogyasztja el hidrogénjét. Így az egyes csillagok nem azonos időt töltenek a főágon.

Proton-proton ciklus

Szén-nitrogén ciklus