關於天體所遵守的力學定律，人們早已完全掌握了。天體的能量傳遞和損耗也大致清楚了，對流和輻射使能量在天體內部傳播，輻射使天體的能量傳到空中損失掉；可是，關於天體內部能量的來源卻一直不清楚，成為解決恒星演化問題的一個關鍵。
恒星能量的來源
天文學家很久以來就在思考恒星和太陽能量來源的問題。太陽，是地球上光和熱的根本來源，它每秒把枷億億億焦耳的能量釋放到太空中去，什麼樣的燃料使它這樣燃燒了40多億年呢?
起初，有人以為是太陽周圍的隕石之類的東西不斷掉進去燃燒而發出的熱，但是這樣需要的隕石太多了，沒有這麼多的隕石。
後來，有人又以為是引力，引力使太陽收縮，物質在引力作用下向中心運動，把引力勢能轉化成為動能，就像地麵上高處的物體落下的時候那樣，然後動能又轉化為熱能。但是仔細一算，太陽的引力能全部轉化為熱能，也不能用來維持這麼長久而強烈的輻射。
當天文學家為尋找恒星和太陽的能源而苦惱的時候，物理學家在研究原子核結構和核反應方麵正在迅速地前進。本世紀30年代末，物理學家從理論上發現，原子核反應可以產生巨大的能量。把這種理論首先用來研究太陽的能源，計算的結果使天文學家和物理學家都驚喜不已。物理學家從“天上”得到了他們理論的第一個檢驗和支持，太陽的能源正好可以由核能源來解釋，天文學家也解決了自己的難題。
太陽裏的核聚變反應示意圖
在1000多萬度的高溫下，4個氫原子核可以聚變為1個氦原子核，聚合過程中要釋放出巨大的能量，1克氫轉化為氦就要釋放枷3000千瓦小時(1千瓦小時相當於360萬焦耳)的能量，相當於24噸TNT炸藥放出的熱量。恒星上最多的元素就是氫，普通的恒星擁有幾千億億億噸質量，核反應自然可以使恒星強烈地輻射幾十億年而不衰。氦核又可以合成碳核，碳以後是氧，物質逐漸向重元素轉化，越往後反應所需要的溫度越高。
把核反應理論用在恒星演化上，計算的結果完全符合觀測的數據，使恒星演化理論滿意地發展起來了。
恒星的演化階段
物理定律把恒星內部的運動、能量的產生、轉移和消耗同它的溫度、壓力、密度、成分等因素聯係起來了。一個因素的變化要引起其他各個因素的變化。研究天體的演化，就是要研究在物理定律製約下，各種因素怎樣互相協調地變化。
這些定律不僅決定了天體演化的性質，也決定了變化速度以及發生質變的條件。
按照天體的實際狀態，正確地運用物理定律，進行嚴格的數學推導和數值計算，得出天體的結構和物理參量隨時間變化的情形，這樣就得到了天體演化的過程，這就是恒星演化理論的基本方法。
對於恒星，已經弄清楚，在它的起源和演化過程中，要經曆以下幾個主要階段：
早期階段——氣體星雲在引力作用下形成恒星。
中期階段——內部進行核反應，使恒星發光，一種核反應接著另一種核反應，直到核燃料消耗完。
歸宿階段——核反應結束以後，在引力作用下，恒星發生激烈的坍縮和爆發，一部分物質拋射到宇宙空間成為星際氣體，剩下的核心坍縮成為各種致密天體。