大部分恒星，就像我们的太阳一样，比巨型恒星燃烧得更为缓慢。但最终它们都会消耗掉全部氢元素，届时其内核将充满氦元素。到那时，支持恒星走完一生大部分岁月的氢聚变反应已不能再继续下去了。恒星的中心开始冷却并逐渐向内塌陷。但是塌陷使得恒星内部的压力增强，温度再次升高，这样就出现了一个令人意想不到的情况，恒星的体积膨胀到了原先的好几倍。如果恒星足够大的话，最初的塌陷可以使内核的温度上升到1亿摄氏度。达到这一温度之后，以氦为燃料的聚变反应又开始了。但与氢聚变相比，氦聚变反应只能将很少的质量转化为能量，因此并不能持续很长时间。恒星很快又耗尽了氦元素，这时，中心再次开始塌陷，而外层则膨胀得更为巨大，有时甚至被抛入宇宙空间。在此过程中，每一次反应都需要比前一次更高的温度，许多新的元素诞生了，其中最为丰富的是碳、氧和氮。例如，我们的太阳将连续发生这样的情形，直到开始产生碳元素为止，而体积稍大一些的恒星则可以继续这样的情形直到氧元素形成为止。就这样，逐渐衰老的恒星产生了许多元素周期表中位置靠前的元素；体积最大的恒星，在它们生命的最后阶段可以形成铁元素（原子序列号为26），这一创造过程所需的温度在40亿——60亿度之间。聚变反应所产生的新元素序列直到铁元素才告终结。当恒星灭亡之际，包含着所有这些新元素的灰烬将散布在它们的位置周围，与早期宇宙中的任何区域相比，恒星墓地在化学成分上更为复杂。
在死亡阶段，许多恒星膨胀成为红超巨星，例如猎户星座的参宿四。大约50亿年之后，太阳进入死亡阶段，体积将急剧膨胀，甚至地球和火星都会被它的最外层所吞没。（参宿四的体积十分巨大，如果把它放在太阳的位置，那么地球距离其中心与表面正好相等。）当燃料耗尽，小型和中型恒星开始变冷，最终成为熄灭的恒星，称为白矮星。白矮星密度很大，体积与地球相仿。数十亿年之后，绝大部分恒星都会变冷，那时它们作为恒星的生涯就结束了。
巨型恒星的体积大约在太阳的8倍以上，其生命历程更具戏剧性。由于这些恒星十分巨大，内核中的压力和温度很高，因此它们能够制造直到硅为止的新元素，并且正如前文所述，甚至还能制造铁元素。在其生命的最后阶段，它们制造出了不同的元素，层层相叠，拼命释放能量以避免引力所导致的塌陷。但是当燃料耗尽，它们的结局要比中型恒星更加壮观。在没有能量可维持自身存在之际，引力将取得支配地位并压垮它们，这一突如其来的、灾难性的塌陷过程所持续的时间不会超过一秒钟。此时，超新星（supernova）这一天文现象诞生了。一颗超新星爆炸所产生的巨大能量与闪光，相当于1000亿颗恒星或整个星系，并且可以持续好几个星期。体积不超过太阳30倍的原始恒星，塌陷之后会形成中子星（neutron star）。在这种天体内，原子被紧紧压在一起，导致电子与质子融合并形成中子。中子星上相当于太阳质量的物质，其体积被压缩到一座现代大城市的大小。中子星能以每秒最大600圈的速度自转。地球上的天文学家于1967年首次发现中子星时，曾把它看作是脉冲星（pulsar），因为当中子星自转的时候（如果地球上的天文学家恰好位于一个适当的角度），所释放出的能量以短脉冲的形式击打地球。蟹状星云中的一颗中子星就是超新星爆炸之后的残留物，以每秒30圈的速度自转，它由中国天文学家于公元1054年发现。
体积大于太阳30倍的恒星，塌陷过程更为剧烈，内核挤压成为黑洞。在内核以外，质子与电子结合成为中子，中子和中微子形成巨大的洪流，从垂死的恒星往外逃散。巨大的脉冲形成了一个高达几十亿度的大熔炉。超新星的高温在顷刻之间越过了某种临界值，在这个大熔炉里，比铁重许多的元素被烤制出来。实际上，在极端的时间内，超新星爆炸可以制造出元素周期表中一直到铀为止的所有元素。接着，这些元素又猛烈地射入宇宙深处。在这场星系级炼金术的过程中，产生的氧元素最多，其次是少量的氖、镁和硅，这些都是恒星际空间里最常见的重元素。此类超新星最近的一次发现是在1987年2月，这是自1604年以来所观测到的最明亮的超新星，当时曾有一颗超新星在银河系中爆炸。1987年我们所看到的这颗超新星，位于南天球与银河系相邻的大麦哲伦星云中。它标志着以前名为桑杜里克-69 202（Sanduleak-69 202）的恒星临死的苦痛；在恒星生命的尽头，即红巨星阶段，其直径大约是太阳的40倍。超新星爆炸的位置离我们大约有16万光年之遥，这意味着爆炸实际发生在16万年前。人类历史早期所记载的许多“新星”或许就是超新星，其中也包括耶稣诞生时所记录到的那一颗。自从最初的星系形成以来，恒星际空间之所以元素丰饶，是由于大恒星的寿命都很短，超新星不断产生新化学元素所致。你所戴的金戒指或银戒指的原材料就是在超新星内部形成的。没有超新星，我们根本就不会存在。
第二类超新星，是白矮星由于吸收了邻近恒星的新物质引起爆炸而形成的，被称为Ia型超新星（Ia supernova）。这种爆炸所发出的光亮甚至超过了大型恒星衰亡所形成的超新星，它们释放出的主要是铁元素，以及其他的一些重元素。
恒星的衰亡是地球生命故事中必不可少的一个章节，因为恒星不仅创造了形成我们这个世界的原材料，也创造了能使生物圈得以存在所必需的能量。遍布于星系各处的重元素首先形成于恒星和超新星之中。当宇宙逐渐衰老，新元素（氢和氦以外的元素）的比率在稳定增长。假如没有由恒星和超新星所创造的化学物质极为丰富的环境，就无法形成我们的地球，更谈不上什么生命的进化。因此，构成我们这个世界的化学物质，分别形成于三个不同的场所：大爆炸产生了氢元素与氦元素，而从碳（原子序列号为6）到铁（原子序列号为26）的大部分元素是在中型和大型的恒星内部逐渐形成的，其他元素则形成于超新星的内部。宇宙早期形成的第一代恒星不可能形成生命。而以后形成的恒星，例如我们的太阳，就完全具有了创造生命的可能性。
推动生物圈的能量在很大程度上也源自恒星。太阳光是地球能源最重要的来源之一。但是对于过去200年里的人类而言，储存在煤和石油里面的阳光也变得同样重要。另外，地球许多重要的发展进程都是由地球内部的热引擎所推动的，而地球的热量一部分源自太阳形成的过程，一部分则来自超新星所产生的放射性元素。通过这些方式，恒星的历史已成为地球生命故事至关重要的组成部分。