La raison pour laquelle les étoiles grossissent après avoir épuisé leurs noyaux d'hydrogène est que les étoiles commencent à fusionner de l'hélium, selon l'Université du Michigan. L'hélium libère plus d'énergie pendant la fusion que l'hydrogène n'en libère pendant le processus. La quantité d'énergie produite par l'hélium est supérieure à celle nécessaire pour éviter l'effondrement gravitationnel, ce qui fait gonfler considérablement la taille de l'étoile.
Selon l'Agence nationale de l'aéronautique et de l'espace, toutes les étoiles finissent par s'effondrer après avoir épuisé leur carburant. Les petites étoiles deviennent des naines blanches tandis que les plus grandes étoiles finissent leur vie en s'effondrant dans des trous noirs. Les étoiles de masse intermédiaire deviennent des objets très denses appelés étoiles à neutrons.
Selon l'Université Harvard, au cours du processus de transformation en géante rouge, les couches externes de l'étoile augmentent considérablement de taille tandis que le noyau se contracte. De plus, lorsque l'étoile se dilate autant, sa surface se refroidit considérablement. Selon Harvard, la taille des géantes rouges augmente jusqu'à 70 fois avant que l'hydrogène ne s'épuise.
Le soleil de la Terre est destiné à devenir une géante rouge à terme. Selon l'Université du Michigan, le diamètre du soleil est actuellement d'environ 1/100e d'unité astronomique. Lorsque le soleil devient une géante rouge, son diamètre va certainement atteindre plus d'une unité astronomique.
