Todas as novas estrelas mudam o hidrogênio para hélio através da fusão nuclear. Isto produz muita energia (por exemplo, luz e calor). Em uma estrela normal, como nosso Sol e todas as outras estrelas de seqüência principal, esta mudança acontece no centro mesmo da estrela. Mais cedo ou mais tarde, quase todo o hidrogênio no centro mudou para o hélio. Isto faz com que a reação nuclear pare. O centro começará a ficar menor devido à gravidade da estrela. Isto faz com que a camada logo fora do centro fique mais quente. Esta camada ainda tem hidrogênio. Este hidrogênio irá se fundir para fazer hélio.
Com esta nova fonte de energia, as camadas externas da estrela vão ficar muito, muito maiores. A estrela vai ficar mais brilhante, às vezes até dez mil vezes mais brilhante do que quando estava na seqüência principal. Como a parte externa da estrela é maior, a energia será espalhada por uma área muito maior. Por causa disso, a temperatura da superfície descerá e a cor mudará para vermelho ou laranja.
A fase gigante vermelha é temporária. É menor do que os bilhões de anos que uma estrela gasta na seqüência principal. Logo (em apenas centenas de milhões de anos) os gigantes vermelhos começarão a fundir hélio para fazer outros elementos como carbono, nitrogênio e oxigênio. Algumas de suas camadas externas irão explodir, deixando gás interestelar e poeira em torno da estrela. Com o tempo, a maioria dos gigantes vermelhos se tornarão anões brancos. Grandes gigantes vermelhos tornam-se estrelas de nêutrons ou buracos negros.
