Proces izgaranja ugljika je nuklearna reakcija koja se događa u jezgri masivnih zvijezda pod uvjetima ogromne temperature i pritiska. Izgaranje ugljika započinje tek pred kraj života zvijezde. Da bi zvijezda na kraju stvorila dovoljan pritisak u svojoj jezgri da pokrene izgaranje ugljika, mora sadržavati najmanje četiri sunčeve mase pri svom rođenju. Izgaranje ugljika počinje tek nakon što su spaljeni veliki dijelovi vodika i helija zvijezde.
Najzastupljeniji element u svemiru je vodik. Dakle, većina zvijezda počinje svoj životni vijek sastavljene uglavnom od vodika. Kako se nuklearna fuzija zapali u jezgri mlade zvijezde, vodik polako počinje izgarati, njegove atomske jezgre spajaju se u helij kroz pp lanac – u zvijezdama mase Sunca ili manje – ili CNO ciklus -u masivnijim zvijezdama . To je nuklearna reakcija koja stvara sunčevu toplinu i svjetlost koju vidimo kad svaki dan izađemo van.
Ovisno o veličini zvijezde, ona sagorijeva svoje nuklearno gorivo različitom brzinom. Masivnije zvijezde imaju gušća i toplija središta i brže sagorijevaju svoje gorivo. Neke od najvećih zvijezda iscrpe većinu svog vodikovog goriva u roku od samo nekoliko milijuna milijuna godina, dok bi Sunce trebalo nastaviti spajati vodik 4.5 milijardi godina, a najlakše zvijezde spajat će vodik trilijun godina. Kako se helijev “pepeo” nakuplja, on na kraju dosegne kritičnu gustoću da izazove paljenje helija. Nusprodukti izgaranja helija su ugljik i kisik.
Kako se ugljik i kisik nakupljaju u jezgri zvijezde tijekom milijuna godina izgaranja helija, na kraju se veliki postotak helija iscrpljuje, a jezgra zvijezde se hladi, nesposobna proizvesti više nuklearne energije. Ovo hlađenje uzrokuje kontrakciju jezgre, dodatno povećavajući gustoću i tlak. U zvijezdama iznad oko četiri Sunčeve mase postiže se potrebna temperatura i gustoća za izgaranje ugljika. To zagrijava jezgru zvijezde i ona se širi i postaje crveni supergigant.
Izgaranje ugljika jedan je od glavnih razloga zašto u svemiru postoje elementi teži od ugljika. Glavna reakcija se sastoji od nekoliko komponenti. U jednoj se dvije jezgre ugljika spajaju i tvore atom neona i atom helija. Na kraju se oni razgrađuju na natrij i vodik, zatim na magnezij i slobodni neutron. Zbog svih nuklearnih procesa koji se istodobno odvijaju u jezgri zvijezde, proizvode se velike količine neona, kisika i magnezija. Cijeli proces izgaranja ugljika traje samo oko 1000 godina.
Ako zvijezda ima između četiri i osam solarnih masa materijala, izbacit će svoj vanjski sloj dok se ugljik koji gori, gasi, stvarajući planetarne maglice i ostavljajući za sobom jezgru bijelog patuljka. Ako ima više od osam solarnih masa, na kraju će pokrenuti neonsko gorenje, sljedeću fazu u evoluciji masivnih zvijezda.