Een rode reus is een ster die aan het einde van haar levensfase is gekomen. Een ster geeft energie af door de fusie van waterstof tot helium in de kern. In de loop der tijd raakt het waterstof in de kern steeds meer opgebrand, waardoor het fusieproces in de loop der tijd minder wordt. Daardoor koelt de ster wat af en neemt de stralingsdruk in de kern af. Hierdoor trekt de kern onder invloed van haar eigen gewicht wat meer samen waardoor de temperatuur stijgt. Deze temperatuurstijging heeft tot gevolg dat er een waterstoffusie buiten de kern op gang komt.
Een ster waar buiten de kern een fusieproces plaatsvindt, produceert meer energie dan daarvoor en zwelt enorm op. Doordat door het opzwellen de oppervlaktetemperatuur daalt wordt de ster een rode reus. Als de zon over ongeveer 5 miljard jaar in dit stadium komt wordt zij zo groot dat de buitenste lagen tot ver voorbij de baan van Venus, en misschien zelfs tot voorbij de baan van de Aarde zullen reiken.
Tijdens deze fase hoopt zich steeds meer helium in de kern op, die daardoor nog meer samentrekt en waardoor de dichtheid van de kern steeds hoger wordt. Als de kern een temperatuur bereikt van 100 miljoen kelvin gaat het helium in de kern fuseren tot koolstof. De buitenste gaswolken drijven steeds verder weg en vormen een planetaire nevel. De ster eindigt als een witte dwerg, die uiteindelijk afkoelt en zo een zwarte dwerg wordt. Dit proces duurt echter zo lang, dat er nog geen zwarte dwergen in ons heelal zijn.
Bij zware sterren vindt er een supernova plaats, en eindigt de ster uiteindelijk als neutronenster (pulsar) of als zwart gat.
Sterren met een massa groter dan 1,4 maal de massa van de zon worden superreuzen. Een bekend voorbeeld hiervan is Betelgeuze, in het sterrenbeeld Orion.
