氦燃燒是指恆星內部的氫被耗盡後,恆星無法抵禦引力的作用,繼續收縮,導致氦核心溫度和密度進一步升高,當溫度達到2億開、密度為10?~ 10* 克/厘米時,就會發生一系列以He為原料的核反應,生成"C."O、*O.2Ne."Ne和"Mg,並產生大量中子。氦燃燒的主要核反應是“3a反應”,即由3 個He合成1個"C:3'He-"C+ re 在氦燃燒階段,除了合成”C外,還可繼續通過下列反應合成"O:"C+*He-"O+Y。160繼續俘獲'He 又可形成極少量的”Ne。與氫燃燒相比,氦燃燒延續的時間要短得多,大約只有1000 萬年到1億年。
氦燃燒時主要核反應為：
4He+4He=8Be
8Be+4He=12C*→12C+γ
8Be不穩定，發射α-粒子（t1/2≈2*10-16s）,它只比組成它的氦核穩定0.094MeV，在到達紅巨星芯部的條件下，8Be與4He的平衡比計算值約為10-9。數量雖然不大，卻可以使用別的方式使不可能發生的三體碰撞發生。F.Hoyle曾預言：12C*比12C的能量高出7.70MeV，約為3年後實驗觀測到高出的能量為7.653MeV，還指出能量差Q(12C*-34He)為0.373MeV，總反應能為：
34He→12c+γ Q=27.148MeV
接著發生進一步氦燃燒反應，合成一些重要的核：
12C+4He→16O+γ Q=27.148MeV
16O+4He→20Ne+γ Q=4.74MeV
20Ne+4He→24Mg+γ Q=9.31MeV
這些反應消耗了氫燃燒產生的氦，並發展成有碳、氧和氖組成的芯部，最後又引力收縮產生熱量。
