As estrelas são compostas por plasma muito quente (um gás onde os eletrões e núcleos dos átomos estão em grande parte separados) mantido em coesão pela sua própria gravidade. A contínua libertação de energia de uma estrela é sustentada por reações nucleares que ocorrem no seu centro, que fundem inicialmente hidrogénio em hélio, através da cadeia protão-protão (e, nas estrelas mais massivas através do ciclo carbono-azoto-oxigénio), antes de começarem a fusão de elementos mais pesados. As estrelas mantêm-se estáveis devido à pressão exercida pela energia que se liberta durante os processos centrais de fusão, a qual se opõe à tendência da estrela para colapsar sob o efeito da sua própria gravidade. Desta forma, a maioria das estrelas de massa semelhante ou inferior à do Sol mantém-se estável por alguns milhares de milhões, ou até dezenas de milhares de milhões de anos.

O colapso gravitacional de nuvens moleculares frias e gigantes leva ao nascimento de estrelas. À medida que a nuvem colapsa, fragmenta-se em núcleos cujas regiões centrais se tornam cada vez mais densas e quentes. Ultrapassados valores críticos de temperatura e pressão, a fusão nuclear inicia-se, e nasce uma estrela. Esta estrela jovem encontra-se inicialmente rodeada por um disco protoplanetário de poeira e gás. No decurso de milhões de anos, este disco diferencia-se em planetas e corpos mais pequenos.

Com um diâmetro equatorial de cerca de 1,4 milhões de quilómetros, o Sol, a estrela mais próxima da Terra, é tão grande que poderíamos agrupar cerca de 1,3 milhões de Terras dentro dele. Apesar de a nossa estrela ser enorme quando comparada com o nosso planeta, existem estrelas muito maiores no Universo. A supergigante VY Canis Majoris, com cerca de 1400 vezes o diâmetro do Sol, é a maior estrela conhecida até hoje. Se fosse colocada no centro do Sistema Solar, a superfície de VY Canis Majoris estender-se-ia para além da órbita de Júpiter. Existem também estrelas muito mais pequenas do que o Sol. A estrela mais próxima, Proxima Centauri, é uma anã vermelha com um diâmetro de cerca de 200 000 quilómetros, apenas 16 vezes o diâmetro da Terra.

Apesar de parecer uniforme na sua aparência, a superfície do Sol pode estar salpicada de manchas escuras. Estas manchas solares, ou regiões de forte campo magnético, parecem escuras porque estão menos quentes do que o material circundante. A cada 11 anos, o Sol varia ciclicamente entre a produção de muitas manchas e a produção de poucas manchas. Às vezes, o campo magnético do Sol fica torcido, acumula muita energia, e liberta-a numa explosão de luz e partículas. Estas explosões são chamadas erupções solares ou ejeções de massa coronal. Mas, mesmo quando está calmo, o Sol lança para o Espaço, em cada segundo, cerca de 1,5 mil milhões de quilogramas de gás quente e magnetizado. Este vento solar flui através do Sistema Solar e interage com os planetas. As outras estrelas também produzem erupções e ventos.

As estrelas podem ter temperaturas à superfície entre alguns milhares de graus Celsius e 50 000 graus Celsius. Estrelas quentes irradiam a maior parte da sua energia nas regiões azul e ultravioleta do espectro eletromagnético (em comprimentos de onda curtos) e assim aos nossos olhos parecem- -nos azuladas. Estrelas menos quentes parecem avermelhadas, pois irradiam a maior parte da sua energia nas regiões vermelha e infravermelha do espectro eletromagnético (em comprimentos de onda longos).

O espaço entre as estrelas contém ínfimas quantidades de matéria na forma de gás, poeira e partículas altamente energéticas (“raios cósmicos”). Este conteúdo de matéria é chamado meio interestelar, e pode ser mais ou menos denso em diferentes partes da galáxia. Contudo, mesmo as zonas mais densas do meio interestelar são ainda um milhar de vezes menos densas do que o melhor vácuo criado em laboratório.

Simulações computacionais revelam que as primeiras estrelas tiveram durações de vida de alguns milhões de anos. Por outro lado, a esperança média de vida de uma estrela semelhante ao Sol é de cerca de 10 mil milhões de anos. Estrelas anãs vermelhas de baixa massa podem viver por biliões de anos. Uma estrela com uma massa semelhante à do Sol acabará por evoluir para uma estrela gigante vermelha, e mais tarde ejetar para o Espaço a maior parte da sua massa, restando uma compacta estrela anã branca, rodeada por aquilo a que se chama uma nebulosa planetária. Uma estrela com pelo menos oito massas solares evoluirá para uma supergigante vermelha, antes de explodir num evento chamado supernova, restando uma estrela de neutrões ou um buraco negro estelar.

Um buraco negro é uma região do espaço cujo campo gravitacional extremo impede que qualquer coisa, mesmo a luz, consiga escapar dela uma vez atravessado o horizonte de acontecimentos. O horizonte de acontecimentos é uma superfície de fronteira que envolve um buraco negro, onde a velocidade necessária para escapar ao seu campo gravitacional é superior à velocidade da luz. Modelos teóricos prevêem que no centro de um buraco negro se encontre uma singularidade, onde a densidade da matéria e a curvatura do espaço-tempo se aproximam do infinito. Buracos negros estelares têm massas na ordem de algumas dezenas de massas solares, numa região com um raio entre alguns quilómetros e dezenas de quilómetros (dependendo da massa).

Com exceção do hidrogénio, a maior parte do hélio e uma pequena quantidade de lítio, todos os elementos no Universo atual foram produzidos no interior de estrelas. Estrelas de pequena massa como o Sol, produzem elementos até ao oxigénio por fusão nuclear, enquanto estrelas de grande massa podem produzir elementos mais pesados que o oxigénio e até ao ferro. Elementos mais pesados que o ferro, como o ouro e o urânio, são produzidos durante as explosões altamente energéticas das supernovas e em colisões de estrelas de neutrões. Na fase final da sua vida, as estrelas libertam a maior parte da sua massa para o meio interestelar. Desta matéria formam-se novas estrelas, numa versão cósmica do processo de reciclagem.

Os elementos, com a exceção do hidrogénio, do hélio e de uma pequena parte do lítio, foram essencialmente criados no interior de estrelas e libertados para o Espaço nos últimos estágios das suas vidas. É esta a origem da maioria dos elementos que compõem os nossos corpos, como o cálcio nos nossos ossos, o ferro no nosso sangue e o azoto no nosso ADN. De igual modo, os elementos que compõem os outros animais, plantas e, de facto, a maioria das coisas que vemos à nossa volta, foram produzidos pelas estrelas há milhares de milhões de anos.