又大又亮的巨星和超巨星
由于极其明亮，巨星和超巨星在天空中非常引人注意，许多我们十分熟悉的恒星都属于这一类。但巨星和超巨星实际上很稀少，总数不到银河系全部恒星的1％。赫茨普龙把天空比喻为大海，海里有大量的鱼，但鲸却很少；主序星是鱼，巨星和超巨星则是鲸。
红色巨星和超巨星虽然比太阳明亮得多，其质量却不一定比太阳大，但它们已经进入了演化的更高阶段。巨星和超巨星是以主序星形态开始其生命历程的，但一颗单独的恒星如何从主序演化到巨星或超巨星阶段，则完全依赖于它的质量。诞生时具有0.5～8倍太阳质量的恒星，其演化都是相似的。这个质量范围包括了大多数B型主序星，所有白色A型、黄白色F型、黄色G型和橙色K型主序星，以及少量红矮星。太阳在这个质量范围内，所以它也遵循这一演化规则。作为一颗主序星的太阳，目前正在把它核心区的氢转化成氦。当核心区被氦充满，太阳将开始燃烧核心区周围一个壳层内的氢，这时，它不再是主序星，它将膨胀和变亮，先变成一颗介于主序星和巨星之间的所谓亚巨星，然后随着太阳进一步膨胀而冷却并且变亮，成为比它现在亮数百倍的红巨星。质量大于3倍左右太阳质量的恒星，在主序阶段是亮蓝B型星，膨胀和冷却时亮度增加不大，而是大致维持它们的高光度。这些星在赫罗图上向右移动，而太阳这样质量较小的恒星则移向右上方。因此，巨星群是一个伟大的平等之邦，因为各种质量的巨星在那里几乎同样明亮。
一颗恒星刚变为红巨星时，它只把壳层中的氢燃烧成氦，但核心区的氦最终也将点燃。氦燃烧变为碳和氧，所以碳和氧开始填充核心区。核心区的氦烧尽以后，恒星将动用围绕核心区的壳层内的氦。在这个阶段，恒星可能向空间抛出大量物质，直到甩掉氢和氦组成的外层大气为止。星体中心部分的小小碳氧核心区现在暴露出来，好像刚从茧壳中钻出来的蝴蝶。这个碳氧核的温度极高，甚至高过O型星，所以它是蓝色的，因而出现在赫罗图的左边。温度极高的星体产生大量紫外辐射，激励被抛出的大气自身发光而形成围绕恒星的行星状星云。
几万年的时间内，行星状星云逐渐消散，恒星热的内核依然留存。随着热的内核不断向外辐射能量，恒星不断冷却直至最后完全黯淡下去。相对于恒星数亿年的演化历程，巨星和超巨星阶段只是一瞬，但绝对是恒星一生中最灿烂最耀眼的一瞬，因为恒星正是从此开始走向死亡。
白矮星
一旦一颗红色巨星形成了，使之生存的各种聚变能中的绝大部分也就消失了，而且自此以后，聚变能消失的速度还要加快，照此下去，最多几百年后，它也就不能继续抗衡万有引力的聚集作用了。
1844年，贝斯这位最先公布了一颗星体实际距离的天文学家，潜心研究了天狼星的运动。通常情况下，星体是沿着一条路径有规律地缓慢移动的。但天狼星不是这样，贝斯发现它的运动形式呈波浪状。贝斯认真思考了这种现象，最后得出结论，只有用一种我们知道的力量，才可能把它拉出原始运行的轨道，这种力量必然是另一星体的万有引力。假定天狼星不是单一的星体，而是一个“双星”，那么和天狼星一起在天空中运行的还有一个伴星。而且，在它们共同运行时，它们彼此间也绕着一个公共的中心运动。但只是这个中心穿越空间时画出了一条直线。天狼星有时在中心的这一侧，它的伴星在另一侧。由于环绕的运动，使它们经过一段时间后交换了位置。天狼星和它的伴星绕公共中心一周的时间是50年，天狼星的质量为它的伴星质量的2.5倍，天狼星本身的运动轨道是呈起伏状的。
随后，美国天文学家奥烈安考察一个新型望远镜的性能时，发现在天狼星的旁边有一丝很暗很暗的光点。起初，他以为望远镜上有裂缝，可是，进一步研究后，他认为看到了一颗暗星。事实上，他发现的这颗星是天狼星的黑色伴星，此星的亮度是7.1级。如果不用望远镜，它发出的光根本不能用肉眼看到，它的亮度只有天狼星亮度的1／8 000。但是，这颗星并不冰冷，也不黑暗，我们称它为“暗伴星”，更准确地说，应称为“天狼星B”，而天狼星本身称为“天狼星A”。现在让我们研究一下“天狼星B”。从它对“天狼星A”产生的作用力来看，它的质量一定与太阳相当，但它的亮度又只有太阳的1／130，或多一点。
1915年，阿达姆斯首先探测到了金星大气层中的二氧化碳。他费尽周折地得到了“天狼星B”的光谱，其结果令人吃惊，因为该结果表明“天狼星B”的表面温度为1万℃，这个温度与“天狼星A”表面的温度一样高，而且高于太阳的温度。这就是说：在单位面积上，由“天狼星B”表面放射出去的光比太阳表面放射出去的光多得多。那么，为什么“天狼星B”射出去的光亮比太阳少得多呢答案只有一个，就是天狼星的表面很小，即它是一个“矮星”，并且是一个非常小的矮星。于是，我们发现了一个“白热族”，由于非常小则称之为“白矮星”。白矮星从发现的第一天起，就吸引了很多人的注意力，因为它是那样的独特。迄今为止的天文观测表明，曾经是从前某个恒星核心部分的白矮星具有高得惊人的物质密度，平均说来，一颗白矮星拥有60％的太阳质量，但却压缩在一个几乎不比地球大的球体中，小小一汤匙白矮星物质就超过1吨。它们虽然名为白矮星，实际上可以有各种各样的颜色，因为它们随着年龄增大而冷却变红。这就是为什么它们构成一个平行于主序的恒星序列。那些最热、最亮、最蓝的白矮星，如天狼星B，是最近期成为白矮星的，而黄色或橙色的白矮星则已经在这个阶段度过了几十亿年。
一旦一颗白矮星形成后，它的能量消耗就将极其缓慢，以至于达到冷却状态要用相当长的时间。宇宙中大约有30亿个白矮星。因为过于昏暗，我们只能看到离我们较近的一些白矮星。