A csillag magjában zajlik az energiatermelés, amiben anyagának csupán 12%-a vesz részt. A magot körülvevő óriási köpeny hőmérséklete jóval kisebb, mint a centrumban, ott energiatermelés nem folyik.
Kistömegűnek nevezzük a csillagot, ha születésekor nem éri el a 8 naptömeget. Mivel a csillag tömege kicsi és ezért saját gravitációs ereje nem nyomja annyira össze, mint nagytömegű társait, a centrumban a hőmérséklet "csupán" 5-10 millió fokra emelkedik. A csillagok életük első, leghosszabb szakaszában, amíg még a Hertzsprung--Russel-diagram (HRD) főágán tartózkodnak, csak a hidrogén-fúzió termel energiát. Mint megismertük, a hidrogén-fúziónak két eltérő sebességű és ezért eltérő hatékonyságú formája jelenhet meg a csillagokban. A kistömegű csillagokban az úgy nevezett pp-ciklus termel több energiát, ennek során lényegében két hidrogénmagból egy héliummag keletkezik, miközben a hélium- és a hidrogénmag nyugalmi tömege közti különbség energiaként (fotonok és neutríonók formájában) szabadul fel. Ez a folyamat csak a csillag magjában, tömegének 12%-ában zajlik.
A kistömegű csillag életének első fázisában a magban ég a hidrogén, majd a magot körülvevő vékony héjban, ez felfújja a csillag köpenyét, és vörös óriássá alakul. Később a hélium is égni kezd a centrumban, mivel a mag ekkor zsugorodik és melegszik.
Ahogy a csillag folyamatosan használja fel hidrogénjét, hőmérséklete lassan emelkedik. A csillag magja lassan kezd átalakulni héliummá, melyet egy hidrogénburok vesz körül. Mivel ekkor még a hélium nem tud fuzionálni, hiszen a hőmérséklet ehhez még alacsony, és a hidrogén már kifogyott a magból, tehát az energiatermelés átmenetileg megszűnik a centrumban, a csillag magja zsugorodni kezd. Eközben gravitációs energia szabadul fel, ami a magot körülvevő vékony héjban annyira felmelegíti a hidrogént, hogy ott a centrumban korábban zajló fúziós folyamatokhoz hasonló hidrogénégető reakciók jönnek létre. Mivel a csillag törzse ekkor felmelegszik, olyan áramlások indulnak el, melynek során a törzs anyaga, tehát a hidrogénfúzió végterméke, a forró hélium feláramlik a burokba. Ez az úgynevezett konvekciós áramlás felmelegíti a csillagburkot és felfújja azt. A csillag felszíne megnövekszik, hőmérséklete csökken, így színe vörössé válik, ám fényessége ekkor még jelentősen nem változik, vízszintesen jobbra tolódik a HRD-n.
Később a konvekciós áramlás jelentősen felmelegíti a csillagburkot, a csillag felfúvódik és vörös óriás csillaggá válik. E felfúvódás közben azonban a burok hőmérséklete lecsökken, a hidrogén (itt nem folyt fúziós reakció, tehát megmaradt) ionizációja is megszűnik (hidrogén atomok alakulnak ki), ami energia felszabadulással jár. A burokban megnövekszik a nyomás, s egy része elszakad a csillagtól, és látványos úgynevezett planetáris ködök alakulnak ki. Azaz a HRD-n követve a csillag fejlődését azt látjuk, hogy már nem a főágon helyezkedik el, hanem a vörös óriáságon. A csillag fokozatos felfúvódása során egy milliárd év alatt fényessége 1000-szerese lesz a korábbinak.
A HST-vel készített felvétel a Gyűrűs-ködről. A planetáris köd a csillag vörös óriás fázisában levetett hidrogénburka, melyet a csillag sugárzása megvilágít.
Mivel a csillag nem túl nagy, a gravitáció nem tudja lényegesen összenyomni és felmelegíteni a magot, ezért az tovább zsugorodik. Az igen nagy sűrűségű, de mégsem túl forró anyagban az elektrongáz viselkedése megváltozik, és a gáz zsugorodása már nem a hőmérséklet emelkedését fogja eredményezni, hanem a sűrűsödését. Ezt úgy mondjuk, hogy az anyag elfajul. Ennek következtében viszonylag alacsony hőmérsékleten (amely a hélium-fúzióhoz nem elég magas) a mag zsugorodását meg tudja állítani az elfajult anyag nyomása.
A csillag magja ekkor tehát hidrosztatikus állapotban van, míg körülötte egy vékony héjban hidrogénfúzió folyik. S ez nem csak a burkot melegíti és fújja fel, hanem megnöveli a csillagmag nyomását is. A nyomás addig növekszik a magban, míg az elfajult állapot megszűnik, s a hőmérséklet hírtelen olyan magasra szökik, hogy a hélium-fúzió robbanásszerűen beindul. Ezt hélium felvillanásnak nevezzük. Ennek következtében a mag kitágul, sűrűsége lecsökken, és az anyag elfajult állapota megszűnik, így hőmérséklete tovább emelkedhet. Ám ha túlságosan kitágul emiatt a mag, akkor lecsökkenhet megint a hőmérséklet, és újra elfajulhat az anyag, ami az energiatermelés átmeneti megszűntét eredményezi. A hélium-felvillanás folyamata ekkor megismétlődhet, amit mi úgy észlelhetünk, hogy a vörös óriás csillag pulzálva változtatja fényességét. Minden egyes pulzációs periódusban átmenetileg megnő a csillag magjából a burokba szállított hő, ekkor nagy mennyiségű anyag távozhat a burokból, planetáris ködöt létrehozva a csillag körül.
A HRD-n történő fejlődését követve, kistömegű csillagunk vörös óriás állapotbeli pulzálásai következtében folyamatosan veszít anyagából. Közben a magban a hélium-fúzió eredményeként szén keletkezik. Ha a csillag tömege kisebb, mint 8 naptömeg, a folyamatos tömegvesztés oda vezet, hogy mire a magban kifogy a fuzionálni képes hélium, az energiatermelés végleg megszűnik benne. A csillag zsugorodni kezd, eközben a burok felmelegszik, ezért színe fehérré válik. A csillag a HRD jobb felső sarkából (a vörös óriás ágról) átlósan elindul a bal alsó sarokba, és fehér törpecsillag lesz belőle.
Egy fehér törpecsillag csupán Föld méretű, anyaga elfajult állapotban van, így energiatermelés már nincs a fehér törpecsillagokban.
Mivel tömege ekkorra már kicsi, zsugorodása közben nem tud annyira felmelegedni, hogy a fúziós folyamatok további nehezebb magokat termeljenek. Anyagi összetétele ekkor már nem változik. Magjában szén, oxigén, az ezt körülvevő héjban pedig a heliummagok dominálnak. Ekkorra a hidrogén lényegében vagy héliummá alakult, vagy ledobódott a csillagról. A csillag további fejlődése lényegében csak attól függ, hogy csillagunk magányos-e, vagy van kísérője. Amennyiben magányos, a fehér törpecsillag évmilliárdokon keresztül tartó folyamatos hűlés és zsugorodás közben lassan, de biztosan eltűnik szemünk elől. Ám, ha volt társa, akkor igen látványos égi jelenséget produkálva, felrobbanhat, amit I. típusú szupernóva-robbanásnak nevezünk.
Egy kistömegű csillag fejlődése a HRD-n. Élete kezdetén a csillag még a fősorozat felett van, majd a fősorozaton fejlődik, egyre fényesebb lesz. Ezt követően rövid időt tölt az óriáságban, ezután zsugorodik és fehér törpecsillaggá válik.
