当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星的阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨星。顾名思义，称之为“巨星”是突出它的体积巨大，在巨星阶段，恒星的体积将膨胀到10亿倍之多。而称之为“红”巨星，是因为在这恒星迅速膨胀的同时，它的外表面距离中心越来越远，所以温度将随之而降低，发出的光也就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，但是红巨星的体积是如此之大，它的光度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。
一般来说，恒星从主序星变为红巨星所经历的时间不会很长，很快就能完成。在赫罗图中，红巨星分布在主星序区的右上方的一个相当密集的区域内，差不多呈水平走向。
据科学家推测，再过几十亿年，太阳会进入晚期而突然膨胀起来，变成一个大火球，离太阳最近的水星和金星将被它吞没，地球表面温度随之剧烈升高，也可能高达1000℃以上，地球上出现一片火海，所有生命都将毁灭。也就是说，太阳也将由主序星变为红巨星，这是一般的恒星都会经历的阶段。是什么原因让恒星发生这样的转变呢？
红巨星
也许谁也不会想到，再过几十亿年，太阳会突然膨胀起来，变成一个大火球，离太阳最近的水星和金星将被它吞没；地球即使不被吞没，表面温度也可能高达1000摄氏度以上，地球上所有生命都将毁灭。这是一般恒星都会经历的晚年阶段，天文学上称为红巨星阶段。
系外行星围绕红巨星
恒星演变到主序星阶段末期时，除了外壳部分，它内部的氢基本上已经转化成氦而使热核反应停止。这时，恒星的中心部分就会在引力作用下发生收缩，使温度升高，并且释放出巨大的能量，从而使外壳急剧膨胀，整个恒星便像气球一样被吹大了。外壳的膨胀使恒星的表面积增大，表面温度降低，而总发光量增加。这样，它就变成一颗亮度大、温度低的红色星——红巨星。恒星从主序星到红巨星的转化过程很快就能完成。
在红巨星内部，虽然氢已经基本耗尽，但由于内部收缩使温度升得更高了，于是又开始了氦聚合反应，它内部便又重新燃烧起来，并且能够维持很长时间。像太阳这样的恒星，在红巨星阶段大约能停留10亿年。
