当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年期前，它将首先变为一颗红巨星。
称它为“巨星”，是因为它的体积巨大。在巨星阶段，恒星的体积已经膨胀到十亿倍之多。
称它为“红”巨星，是因为恒星在迅速膨胀的同时，它的外表面离中心越来越远，所以温度将越来越低，发出的光也就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，但因为红巨星的体积十分庞大，所以它的光度也就很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。
白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。
白矮星表面重力等于地球表面的1000万到10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都将不复存在，连原子都被压碎了：电子脱离了原子轨道变为自由电子。
白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。
当红巨星的外部区域迅速膨胀的时候，氦核受反作用力强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度超过一亿度，于是氦开始聚变成碳。
经过几百万年，氦核燃烧殆尽，现在恒星的结构组成变得不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混和物；但在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。
在同一时间，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈，忽而微弱。
原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。
在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成为自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质大大增多，密度大大提高。形象地说，这时原子核“沉浸于”电子中。
人们把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体：中子星或黑洞。
对单星系统而言，由于没有热核反应提供能量，白矮星在发出光热的同时，也以同样的速度冷却着。经过一百亿年的漫长岁月，年老的白矮星将会因为停止辐射而死亡。它的躯体将变成一个比钻石还硬的巨大晶体——黑矮星而永存。
对于多星系统，白矮星的演化过程则有可能被改变。