恆星在漫長的主序階段緩慢地演化著，直到其核心的氫全部在融合反應中耗盡為止，此時恆星走到了主序期的盡頭，但它們不會像炭火一般就此熄滅，它們會快速地膨脹成體積比太陽大上十到千倍的巨星 (giant)，在往後數百萬至數億年短暫的期間裡，成為宇宙中耀眼的烽炬，即使在數千光年外也能看見。
雖然我們說恆星快速膨脹成巨星後只做短暫的停留，但這之間的過程對人類有限的歷史而言仍是極為漫長的，我們如何確定恆星真是如此演化的呢？也許這一切都只是天文學家的白日夢？恆星演化理論可有什麼證據嗎？
我們將從兩個地方來尋找恆星演化的證據。在天空中有某些恆星的亮度就像脈搏一樣規律地變動著，稱為變星，雖然變星無法告訴我們巨星內部的結構，但卻可以證明恆星的確不斷地在演化著。
另一個明證是星團。由於同一個星團中的恆星大約都是同時形成的，所以星團現在的狀態可以說明從星團形成以來，其內恆星演化的進度。事實上，我們甚至可以結合恆星演化理論與星團的赫羅圖來推測星團的年齡。所以星團可說是驗證恆星演化理論絕佳的實驗室。
本章從頭到尾，主要在描述恆星從主序到巨星階段的演化歷程。我們將沿著恆星演化的足跡，一步步探討它們如何產生能量、以及為何膨脹等問題。