Trong khi số lượng toàn phần hạt nhân "xúc tác" được bảo toàn trong chu trình, trong sự tiến hóa của sao tỉ lệ các hạt nhân bị thay đổi. Khi chu trình đạt trạng thái cân bằng, tỉ số hạt nhân carbon-12/carbon-13 có xu hướng về 3.5, và nitrogen-14 trở thành hạt nhân có số lượng nhiều nhất, bất chấp sự tổng hợp ban đầu. Suốt quá trình tiến hóa của sao, sự trộn lẫn đối lưu giữa các tỉ số, trong đó chu trình CNO được vận hành, từ bên trong ngôi sao ra bề mặt, khác với sự tổng hợp quan sát được của ngôi sao. Các sao kềnh đỏ được nhận định khi có tỉ số carbon-12/carbon-13 và carbon-12/nitrogen-14 thấp hơn so với các sao trên dãy chính, nó được xem là bằng chứng cho sự hoạt động của chu trình CNO.[cần dẫn nguồn]