恒星核合成是通过将较轻元素的核中的质子和中子结合在一起，在恒星内部产生元素的过程。宇宙中所有的原子最初都是氢。恒星内部的聚变将氢转化为氦、热和辐射。不同类型的恒星在死亡或爆炸时会产生较重的元素。

理论史

恒星将轻元素的原子融合在一起的想法最早是在20世纪20年代由爱因斯坦的坚定支持者阿瑟·埃丁顿提出的。然而，弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）在第二次世界大战后的工作才是将其发展成为连贯理论的真正功劳。霍伊尔的理论与当前的理论有一些显著的不同，最明显的是他不相信大爆炸理论，而是认为氢在我们的宇宙中不断被创造。（这一替代理论被称为稳态理论，当探测到宇宙微波背景辐射时，它就不受欢迎了。）

早星

宇宙中最简单的原子类型是氢原子，它的原子核中只有一个质子（可能还有一些中子悬在外面），电子围绕着这个原子核旋转。这些质子现在被认为是在极早期宇宙中能量极高的夸克胶子等离子体失去足够的能量，夸克开始结合在一起形成质子（以及其他强子，如中子）时形成的。氢几乎是瞬间形成的，甚至氦（原子核含有2个质子）也是在相对较短的时间内形成的（这是被称为大爆炸核合成过程的一部分）。

当氢和氦在早期宇宙中开始形成时，有些区域的密度比其他区域高。万有引力接管了一切，最终这些原子在浩瀚的太空中聚集成了巨大的气体云。一旦这些云变得足够大，它们就被引力以足够大的力量聚集在一起，从而导致原子核发生熔合，这一过程称为核聚变。这个聚变过程的结果是两个单质子原子现在已经形成了一个单双质子原子。换言之，两个氢原子开始形成一个氦原子。在这个过程中释放的能量是导致太阳（或其他恒星）燃烧的原因。

氢气燃烧需要将近1000万年的时间，然后温度升高，氦开始熔化。恒星核合成继续产生越来越重的元素，直到你最终得到铁。

创造更重的元素

氦的燃烧产生较重的元素，然后持续约100万年。在很大程度上，它是通过三重α过程融合成碳的，在这个过程中，三个氦-4核（α粒子）被转化。然后，阿尔法过程将氦与碳结合，生成较重的元素，但仅限于质子数为偶数的元素。组合顺序如下：

1. 碳加氦产生氧气。
2. 氧加氦产生氖。
3. 氖加氦产生镁。
4. 镁加氦产生硅。
5. 硅加氦产生硫。
6. 硫加氦产生氩。
7. 氩加氦产生钙。
8. 钙加氦产生钛。
9. 钛加氦产生铬。
10. 铬加氦产生铁。

其他的聚变途径产生了奇数质子的元素。铁有一个紧密结合的原子核，一旦达到这个点就不会进一步融合。如果没有熔合热，恒星会在冲击波中崩塌和爆炸。

物理学家劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）指出，碳燃烧成氧需要10万年，氧燃烧成硅需要1万年，硅燃烧成铁需要一天，这预示着恒星的崩溃。

电视连续剧《宇宙》中的天文学家卡尔·萨根（Carl Sagan）指出，“我们是由恒星物质构成的。”克劳斯同意这一点，他说，“你身体中的每个原子都曾经在一颗爆炸的恒星内部……你左手中的原子可能来自与你右手中不同的恒星，因为2亿颗恒星爆炸后形成了你身体中的原子。”