Stelele sunt compuse din plasmă foarte fierbinte (un gaz în care electronii și nucleii atomilor sunt în mare măsură separați) care este ținută legată de propria sa gravitație (comprimare gravitațională). Producția de energie pentru susținerea a unei stele este generată de reacțiile nucleare care au loc în centrul acesteia, unde inițial hidrogenul fuzionează în heliu, prin lanțul proton-proton (și pentru stele mai masive prin ciclul CNO carbon-azot-oxigen) înainte de a trece la fuziunea elementelor superioare. Stelele sunt stabilizate prin presiunea susținută de energia eliberată în timpul proceselor principale de fuziune, ceea ce contracarează dorința stelei de a se prăbuși sub propria gravitație. În acest fel, majoritatea stelelor de masă similară sau mai mică decât Soarele nostru rămân stabile timp de câteva miliarde sau chiar zeci de miliarde de ani.

Colapsul gravitațional al giganților nori moleculari reci dă naștere stelelor. Pe măsură ce norul se prăbușește, se fragmentează în nuclee ale căror zone centrale devin din ce în ce mai dense și mai fierbinți. Dincolo de valorile critice pentru temperatură și presiune, se inițiază fuziunea nucleară și se naște o stea. Această stea tânără este înconjurată inițial de un disc protoplanetar de praf și gaz. Pe parcursul a milioane de ani, acest disc se metamorfozează în planete și corpuri mai mici.

Cu un diametru ecuatorial de aproximativ 1,4 milioane de kilometri, Soarele, cea mai apropiată stea de Pământ, este atât de mare încât ar putea cuprinde aproximativ 1,3 milioane de Pământuri. Chiar dacă steaua noastră este enormă în comparație cu planeta noastră, există stele mult mai mari în Univers. Supergigantul VY Canis Majoris, cu diametrul de aproximativ 1400 de ori mai mare decât al Soarelui, este cea mai mare stea cunoscută până în prezent. Dacă ar fi plasată în centrul Sistemului Solar, suprafața lui VY Canis Majoris s-ar extinde dincolo de orbita lui Jupiter. Există și stele mult mai mici decât Soarele. Cea mai apropiată stea, Proxima Centauri, este o pitică roșie cu un diametru de aproximativ 200.000 de kilometri, de doar 16 ori diametrul Pământului.

Deși pare uniformă ca aspect, suprafața Soarelui poate avea pete întunecate. Aceste pete solare, sau regiuni cu câmp magnetic puternic, par întunecate, deoarece sunt mai reci decât materialul din jur. La fiecare 11 ani, ciclul activității solare oscilează între producerea de multe pete și producerea de câteva pete. Uneori, câmpul magnetic al Soarelui se inversează, generând multă energie și eliberează această energie într-o explozie de lumină și particule. Aceste explozii se numesc erupții sau ejecții de masă coronală. Dar chiar și atunci când este calm, Soarele aruncă în mod constant aproximativ 1,5 miliarde de kilograme de gaz fierbinte magnetizat în spațiu, în fiecare secundă. Acest vânt solar străbate sistemul solar și interacționează cu planetele. Și alte stele produc, de asemenea, erupții și furtuni.

Stelele pot avea temperaturi la suprafață între câteva mii de grade Celsius și cincizeci de mii de grade Celsius. Stelele fierbinți radiază cea mai mare parte a energiei lor în domeniul albastru și ultraviolet al spectrului electromagnetic (la lungimi de undă scurte) și astfel ochii noștri le percep albastre. Stelele mai reci par roșiatice, deoarece radiază cea mai mare parte a energiei lor în domeniul roșu și infraroșu al spectrului electromagnetic (la lungimi de undă mari).

Spațiul dintre stele conține urme minuscule de materie sub formă de gaz, praf și particule de înaltă energie („razele cosmice”). Acest conținut de materie se numește Mediu Interstelar. Poate fi mai mult sau mai puțin dens în diferite părți ale galaxiei. Cu toate acestea, chiar și cele mai dense regiuni ale Mediului Interstelar sunt încă de o mie de ori mai puțin dense decât cel mai bun vid creat într-un laborator.

Simulările computerizate arată că primele stele au avut o durată de viață de câteva milioane de ani. În schimb, speranța medie de viață a unei stele similare cu Soarele este de aproximativ 10 miliarde de ani. Stelele pitice roșii de masă mică pot trăi trilioane de ani. O stea cu o masă similară cu cea a Soarelui nostru va evolua în cele din urmă într-o stea gigantică roșie și mai târziu va ejecta cea mai mare parte a masei sale în spațiu, lăsând în urmă o stea pitică albă compactă înconjurată de ceea ce se numește o nebuloasă planetară. O stea de cel puțin opt mase solare va evolua într-o supergigantă roșie înainte de a exploda într-un eveniment numit supernova, lăsând în urmă o stea neutronică sau o gaură neagră stelară.

O gaură neagră este o regiune a spațiului al cărei câmp gravitațional extrem împiedică orice, chiar și lumina, să scape odată ce a traversat orizontul evenimentelor. Orizontul evenimentelor este o suprafață limită care înconjoară o gaură neagră, unde viteza necesară pentru a scăpa de câmpul gravitațional este mai mare decât viteza luminii. Modelele teoretice prevăd că în centrul unei găuri negre se află o singularitate, unde densitatea materiei și curbura spațiu-timpului se apropie de infinit. Masele găurilor negre stelare sunt de ordinul câtorva zeci de mase solare, într-o regiune având o rază de la câțiva kilometri până la zeci de kilometri (în funcție de masă).

În afară de hidrogen, cea mai mare parte a heliului și o cantitate mică de litiu, toate elementele din universul actual au fost produse în interiorul stelelor prin fuziune nucleară. Stelele cu masă mică, precum Soarele, produc elemente până la oxigen, în timp ce stelele masive pot crea și elemente mai grele decât oxigenul, până la fier. Elementele mai grele decât fierul, cum ar fi aurul și uraniul, sunt create în timpul exploziilor unei supernove de energie mare și ciocnirilor între stele neutronice. Pe măsură ce mor, stelele eliberează cea mai mare parte a masei lor în Mediul Interstelar. Din această materie se formează noi stele, în versiunea cosmică a unui proces de reciclare.

Alte elemente, în afară de hidrogen și heliu și o cantitate mică de litiu, au fost create în principal în interiorul stelelor și eliberate în spațiu în ultimele etape ale vieții acestor stele. Aceasta este originea majorității elementelor care formează corpul nostru, cum ar fi calciul din oase, fierul din sânge și azotul din ADN-ul nostru. În același mod, elementele care constituie alte animale, plante și, într-adevăr, majoritatea lucrurilor pe care le vedem în jurul nostru, au fost produse de stele cu miliarde de ani în urmă.