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  在赫羅圖上,紅巨星是巨大的非主序星,光譜屬於K或M型。所以被稱為紅巨星是因為看起來的顏色是紅的,體積又很巨大的緣故。鯨魚座的<unk>藁增二、金牛座的畢宿五、牧夫座的大角星等都是紅巨星;而天蠍座的心宿二、獵戶座的參宿四、盾牌座的盾牌座UY等則是紅超巨星。  大部分的紅巨星,其核心是未聚變的氦,能量由氦核外的氫燃燒包層提供,它們在圖上構成了紅巨星分支(RGB星)。另外一些,其核心是碳等更重的元素,外部是在燃燒的氦包層和氫包層,它們構成了圖上水平的漸近巨星分支(AGB星)。在恆星大氣中碳含量比氧含量還高的碳星中,AGB星的光譜型別一般屬於C-N到C-R型。

  主序星階段即將過去,恆星核心的氫枯竭了,核心失去了活力,在引力的驅使下收縮,而收縮使得外部的物質擠入空出來的空間,形成氫氣層——這些氫仍然可以聚變。這時它可能經歷赫氏空隙。  氦核被重力加熱,氫氣層收縮,氫的聚變加速,產生更多的能量,導致恆星比原來亮1,000～10,000倍,並且使體積膨脹。這時體積膨脹的程度超過發光能力的增加,因此表面的有效溫度下降。表面溫度的下降使得恆星的顏色傾向紅色,因此稱為紅巨星。當恆星的核心持續收縮到足以點燃3氦過程的密度和溫度條件,氦融合就會啟動。  質量小於2.5倍太陽的恆星的氦核用電子簡併壓力對抗重力直至成為類似“白矮星”的簡併態物質。氦聚變的點燃溫度～1億度,氦聚變的能量堵塞在簡併態,觸發了熱失控的氦閃:大約在1分鐘內,氦核的大部分都聚變為碳核(以及後續的氧核),並向外層傳輸出巨量的能量,導致恆星突然變亮了一會。氦閃後,核心不再產生能量,外層的氫在較淺的位置上以較複雜的方式繼續聚變成氦。恆星核心再次緩慢積聚氦,較長的一段時間後,氦閃又在富含碳核氧核外的氦包層中發生。這時恆星就位於赫羅圖上的漸近巨星分支,每次氦閃後,從一個紅巨星分支進入另一個分支。  大於太陽質量2.57倍的恆星的核心更熱,在成為白矮星密度的簡併態前就點燃了氦聚變,平順與持續地反應。當這類恆星初始的重元素含量較低(“貧金屬”星)時,它們將進入水平分支——這些恆星在赫羅圖上的位置是水平的分佈。富含金屬的恆星在這個階段則群聚成赫羅圖上的紅群聚。  理論上,恆星光譜從A至K和部分較低質量的B型主序星會演化成為紅巨星。較高質量的B型主序星與O型主序星會演化成為紅超巨星。再高質量的恆星會演化成為藍超巨星、高光度藍變星或沃夫–瑞葉星。

  紅矮星(<0.5個太陽質量)只有對流層,恆星處於完全對流狀態,恆星的元素丰度基本各處相同。由於核心的溫度本來就不是很高,而且質量太小,整個恆星無需過於收縮以頂住引力。所以這些恆星既使到了晚期氫丰度不是很高的情況下,也不能通過收縮讓累積在核心的氦達到核聚變的溫度,既使用盡了氫也不能成為紅巨星。由於它們的主序星階段生命遠遠長於我們宇宙的年齡,這類恆星的演化僅是理論上的,並無觀測例項。 O、B型星(25個太陽質量以上)在主序星階段位於赫羅圖的左上角頂端,是藍巨星甚至藍超巨星,一直在赫羅圖的最上方水平移動,氦融合開始後可能成為高光度藍變星或沃爾夫-拉葉星,以II型或Ib、Ic型超新星爆發結束其短暫的生命。

  大約在50到75億年後,太陽將成為紅巨星,經過科學家們的計算,屆時太陽將變得異常巨大,足以吞噬掉目前太陽系裡,包括地球大概火星以內的內側行星。然而,太陽的引力也會因為質量的減少而減弱,因此火星和所有的外行星,都會往外移。在這時候水星和金星都差不多一定會被太陽吞噬掉。地球的命運不是很清楚。要是沒有潮汐力的話,那地球的軌道就會往外逃到差不多1.5天文單位。但近來研究發現因為地球和太陽有潮汐力,地球還是會被太陽的外氣層吞噬掉。可是在此之前,當太陽的氫耗盡時,地球的生物圈將會被破壞,額外增加的太陽能也將造成地球海洋的蒸發。過30億年以後,地球的表面將變得如同金星一般高熱。再50億年以後,地球的空氣已經往外太空逸散掉了,最後地球變成焦黑的行星。
紅巨星是巨星的一種,是恆星的一種演化階段,質量約為0.5至8個太陽質量,質量不同,壽命不同,大概數百萬年。