Procesul triplu-alfa este mijlocul prin care stelele fuzionează nucleele de heliu în nuclee de carbon și oxigen atunci când și-au epuizat combustibilul de hidrogen. Inițierea procesului triplu-alfa necesită temperaturi susținute de peste 100,000,000 K și o densitate suficientă de heliu. Acest lucru se întâmplă atunci când o stea începe să acumuleze cantități substanțiale de „cenuşă” de heliu în miezul său din arderea hidrogenului. Heliul nu are unde să meargă și nu își produce propria energie, așa că se adună în miez și se contractă. Contracția crește enorm căldura și presiunea. La 100 megaKelvins, inițiază procesul triplu-alfa, cunoscut și sub numele de ardere a heliului.
Procesul triplu-alfa își primește numele deoarece procesul este fuziunea a trei particule alfa. O particulă alfa este doi protoni și doi neutroni legați împreună, ceea ce este același lucru cu un nucleu de heliu. Sub presiunile colosale de la miezul stelar, două nuclee de heliu pot fi convinse să se combine într-un nucleu de beriliu, eliberând o rază gamma în acest proces. Nucleul de beriliu este instabil, în 2.6×10-16 secunde, se prăbușește înapoi în nuclee de heliu. Dar dacă se creează continuu suficiente nuclee de beriliu, în cele din urmă unul se va fuziona cu un altul nuclee energetice de heliu și va crea carbon, un nuclee cu un total de șase protoni și șase neutroni.
Procesul triplu-alfa are loc în toate stelele cu masă mică sau intermediară (0.6-10 mase solare) la sfârșitul vieții lor. După etapa Gigantului Roșu, care prezintă arderea tradițională a hidrogenului într-o înveliș comprimat în jurul unui miez de heliu, nucleul se prăbușește și începe să ardă heliu, lansând steaua în ramura gigant asimptotic a diagramei Hertzsprung-Russell, care compară luminozitatea stelei cu tipul spectral. .
Viteza reacției triplu-alfa este puternic dependentă de temperatura miezului – viteza de reacție este produsul dintre temperatură și puterea a 30-a și densitatea pătratului. La stelele mici, miezul de heliu devine atât de dens încât devine o formă de materie degenerată, unde creșterile de temperatură nu corespund creșterilor de volum. Acest lucru poate duce la o reacție triplu-alfa fugitivă numită flash de heliu, în care 60-80% din heliul din miez este incinerat în câteva minute. Pentru stelele mai mari, heliul începe să fuzioneze pe o înveliș din afara unui miez de carbon, împiedicându-l să atingă starea de materie degenerată. În aceste stele mai mari, în cele din urmă inițiază arderea carbonului.