在大质量恒星演化到晚期时，内部不能产生新的能量，巨大的引力使整个星体迅速向中心坍缩，将中心物质都压成中子状态，形成中子星。而外层下坍的物质遇到这坚硬的“中子核”反弹引起爆炸，这就是超新星爆发。
当引力大得无任何其他排斥力可与之对抗时，恒星被压成一个孤立点，形成黑洞。超新星大多出现在河外星系中。

超新星爆发是最激烈的天象，其遗迹是超新星爆发的产物。恒星经历红巨星、中子星阶段后，在生命的最后阶段有时会突然发生光度突然增加数亿倍的大爆炸。形成壮丽无比的超新星景观。超新星是最壮观的一类变星，是恒星所能经历的规模最大的灾难性爆发。估计抛出质量1～10太阳质量，释放能量1040～1045焦耳。留下的残核可能是中子星，也可能全部炸毁。超新星分为两个主要类型：

I 型超新星：其绝对目视星等为－14～－17等，有非氢谱，低质量，高速度（约10000千米/秒），可能由一个高度简并的核的热核爆炸产生。这类超新星在旋涡星系和椭圆星系中都有发现，属于星族Ⅱ。
Ⅱ型超新星：其绝对目视星等为－12～－13.5等，有氢谱，高质量，低速度（约 5000千米/秒），发生在旋臂边缘，属于星族I。

超新星是一种罕见天象，估计银河系中每隔25年到75年银河系出现一颗超新星。不过，由于银河系大部分被星际物质所遮蔽，所以观测到超新星的可能性很低，只能通过观测它们爆发后留下的遗迹加以研究。在已知的150余个超新星遗迹中，1054年超新星和船帆座超新星留下了光学上膨胀的星云状物质、射电展源、X射线展源和脉冲星4种遗迹，是最理想的超新星样品。在过去的两千年里，至少出现过七次超新星爆发，在中国历史文献中都能找到，而且最早的185年超新星和393年超新星，都只有中国的记载。1054年，中国人在金牛座天关星旁观察到一颗"客星"；1572年，天文学家第谷在仙后座发现一颗超新星爆发；最近出现的是1604年开普勒在巨蛇座发现的一颗。在它们最亮时，甚至在白天也能看见。

一颗超新星的亮度有时会超过一个星系的亮度。当大爆炸最终结束后，恒星的碎片抛到宇宙空间，形成超新星遗迹。典型的超新星遗迹的直径至少一光年。

因为恒星的聚变反应要吸收能量，所以在一颗恒星内部通常没有比铁更重的元素。不过，我们在上面讨论过的超新星爆发却能提供合成比铁更重的元素所需要的能量。银河系里的那些最重的金属，就是以这种方式生成的。

超新星爆发的这种激烈程度的确令人难以置信。它在几天内所倾泻的能量就像恒星在主序期的几亿年里所辐射的那样多。它的光度会增大数十亿倍，因此在几天里这颗"新"星看上去就像一个星系那样明亮。

超新星吹出的气体不仅送来了丰富的重元素，而且对星系的演化起着非常重要的作用。今日地球上的重元素就是从那些早已消失的恒星的核里来的。

超新星的研究在恒星晚期演化研究中占有特殊地位，超新星集中表现了各种极端物理条件下的物态。它和元素合成、星际物质、高能天体物理的研究密切相关。