当恒星质量为太阳质量的7倍（也有理论认为是8倍）以下时（都称为“小质量恒星”），演化末期将成为一颗白矮星。
小质量恒星演化后期，结束以氢聚变反应之后。将在核心进行氦聚变，将氦燃烧成碳和氧的三氦聚变过程，外层气体向外扩张，并膨胀成为一颗红巨星。然后，外层膨胀气体会逐渐消散于宇宙空间，露出中央的高温内核，就是白矮星。在一颗小质量恒星最终成为一颗白矮星时，恒星原质量的大部分都会消失，使白矮星的质量大减。
白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应，因此恒星不再有能量产生。这时它也不再由核聚变的热来抵抗重力崩溃，而是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。所以，白矮星的最大质量不能超过1.4倍太阳质量。
中子星同样是恒星的演化产物，但它是大质量恒星的演化产物。根据科学家的计算，当老年恒星的质量为太阳质量的约8－20到30倍时，它就有可能最后变为一颗中子星。
中子星是恒星演化到末期，经由引力坍缩发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽，当它们最终转变成铁元素时便无法从核聚变中获得能量。失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落，有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆发，或者根据恒星质量的不同，恒星的内部区域被压缩成白矮星、中子星甚至黑洞。白矮星被压缩成中子星的过程中恒星遭受剧烈的压缩使其组成物质中的电子并入质子转化成中子，直径大约只有十余公里。根据计算，中子星的直径在10－30公里之间。
在超新星爆发中，恒星的大部分质量会被“炸飞”，形成中子星的只是原恒星的内核。根据物理学家奥本海默和沃尔可夫计算，中子星的质量极限是1.5-3.0倍太阳质量。这个质量限度称为奥本海默-沃尔可夫极限。所以，中子星的质量不能超过3倍太阳质量。如果超过这个质量限度，中子星将继续坍缩，无可避免地成为一个黑洞。
