Helium tích lũy trong lõi của các ngôi sao là kết quả của phản ứng chuỗi proton-proton và chu trình oxy-carbon-nitơ. Các phản ứng tổng hợp hạt nhân khác của helium với hydro hoặc một hạt alpha khác tạo ra lithium-5 và berylli-8 tương ứng. Cả hai sản phẩm đều rất không ổn định và phân rã gần như ngay lập tức trở lại thành các hạt nhân nhỏ hơn, trừ khi hạt alpha thứ ba hợp nhất với hạt nhân beryllium-8 trước thời điểm đó để tạo ra hạt nhân carbon-12 ổn định. Thời gian bán hủy của 5Li là &-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1.0000003.7e-22 và của 8Be là &-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1.10000008.19e-17. Khi một ngôi sao hết hydro để nung chảy trong lõi của nó, nó bắt đầu co lại và nóng lên. Nếu nhiệt độ trung tâm tăng lên 108 K,[3] nóng hơn sáu lần so với lõi của Mặt trời, các hạt alpha có thể hợp nhất đủ nhanh để tạo ra lượng carbon đáng kể:

Sự giải phóng năng lượng ròng của quá trình là 7.275 MeV.

Là một tác dụng phụ của quá trình, một số hạt nhân carbon kết hợp với helium bổ sung để tạo ra một đồng vị ổn định của oxy và năng lượng:

Hợp nhất với các hạt nhân helium bổ sung có thể tạo ra các nguyên tố nặng hơn trong chuỗi tổng hợp hạt nhân sao được gọi là quá trình alpha, nhưng các phản ứng này chỉ có ý nghĩa ở nhiệt độ và áp suất cao hơn so với các lõi trải qua quá trình ba-alpha. Điều này tạo ra một tình huống trong đó quá trình tổng hợp hạt nhân tạo ra một lượng lớn carbon và oxy nhưng chỉ một phần nhỏ trong số các nguyên tố đó được chuyển đổi thành các nguyên tố neon và nặng hơn. Oxy và carbon tạo thành "tro" chính của quá trình đốt cháy helium-4.