Zvijezde divovske goleme su zvijezde puno većeg polumjera i svjetline od zvijezde glavnog niza sa sličnom površinskom temperaturom. Zvijezde glavnog niza imaju mješovitu jezgru, sastavljenu od vodika i helija. Zvijezde diva imaju jezgru napravljenu od helija ili još težih elemenata poput ugljika. To je zato što su divovske zvijezde počele iscrpljivati znatne dijelove svog vodikovog goriva.
Divovska faza je neizbježna za svaku zvijezdu s većom od 0.4 sunčeve mase. Zvijezde s između 0.4 i 0.5 sunčeve mase nakupljaju helij u svojoj jezgri kako stare, i na kraju se nakuplja jezgra od čistog helija, ali im nedostaje tlak i temperatura za spajanje helija. Vodik na periferiji jezgre tvori ljusku brze fuzijske aktivnosti, jer masivna gravitacija jezgre sabija vodik na nju. Veličina zvijezde se širi i postaje mnogo difuznija. Kada Sunce za pet milijardi godina postane crveni div, njegova površina će doseći do današnje Zemljine orbite.
Zvijezde s većom od 0.5 sunčeve mase mogu spojiti jezgre helija u kisik i ugljik kroz trostruki alfa proces. Iako jezgra mora dosegnuti temperaturu od 108 K prije paljenja, kada se to dogodi, proizvodi prezasićenost energije, što povećava veličinu jezgre, smanjujući tlak u ljusci koja gradi vodik. To usporava fuzijske reakcije i kontraintuitivno smanjuje veličinu i temperaturu zvijezde. Dakle, masivnija zvijezda završava manje sjajnom od manje masivne. Takve zvijezde su dio takozvane Horizontalne grane, jer na grafu svjetline naspram spektralnog tipa čine horizontalnu liniju.
Ako je manja od 8 solarnih masa, ali veća od 0.5, zvijezda će nakupiti ugljik u svojoj jezgri i početi spajati helij na ljusci izvan jezgre. Postaje “asimptotska divovska grana” ili AGB zvijezda dok se fuzija helija ubrzava i balonira svoju zvijezdu domaćina. Oni mogu stvoriti supergigantske i hipergigantske zvijezde.
Za zvijezde veće od 8 solarnih masa, jezgre se spajaju sve do željeza. Kada takva zvijezda izgradi jezgru od željeza veću od 1.44 solarne mase, počinje kolaps jezgre. Međusobno odbojne elektronske ljuske oko željeznih jezgri ne uspijevaju se odbijati pod velikim pritiskom i temperaturom, te se počinju spajati u drugo stanje materije zvano neutronij, koje se sastoji od neutrona koji su tijesno zaglavljeni u gigantskoj atomskoj jezgri veličine grada. .
Kako reakcije fuzije u jezgri prestanu, zvijezda ne uspijeva proizvesti dovoljno energije da se suprotstavi vlastitoj gravitaciji i ona se urušava. Kako svjetlosni elementi padaju prema unutra, odbijaju se od gotovo nestišljive neutronijeve jezgre. Povratak je dovoljan da zvijezdin plašt eksplodira prema van u svemir brzinom tisuća kilometara na sat. Taj se događaj naziva supernova i tako nastaju elementi teži od željeza.
Ostatak je ono što se zove ostatak zvijezde ili neutronska zvijezda. Žličica njegove tvari teška je dva milijuna tona.