Народження зірки триває мільйони років і сховане від нас у надрах темних хмар, так що цей процес практично недоступний прямому спостереженню. Астрофізики намагаються досліджувати його теоретично, за допомогою комп'ютерного моделювання. Перетворення фрагмента хмари в зірку супроводжується гігантською зміною фізичних умов: температура речовини зростає приблизно в 106 разів, а щільність - у 1020 разів. Колосальні зміни всіх характеристик формується зірки складають головну трудність теоретичного розгляду її еволюції. На стадії подібних змін вихідний об'єкт уже не хмара, але ще і не зірка. Тому його називають протозвездой (від грец. "протос" - "перший").

У загальних рисах еволюцію прото-зірки можна розділити на три етапи, або фази. Перший етап - відокремлення фрагмента хмари і його ущільнення - ми вже розглянули. Слідом за ним наступає етап швидкого стиску. У його початку радіус протозірки приблизно в мільйон разів більше сонячного. Вона цілком непрозора для видимого світла, але прозора для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі більше 10 мкм. Випромінювання відносить надлишки тепла, що виділяється при стиску, так що температура не підвищується і тиск газу не перешкоджає колапсу. Відбувається швидкий стиск, практично вільне падіння речовини до центру хмари.

Однак у міру стиснення протозвез-так робиться все менш прозорою, що затруднює вихід випромінювання і призводить до росту температури газу. У визначений момент протозірка стає практично непрозорою для власного теплового випромінювання. Температура, а разом з нею і тиск газу швидко зростають, стиск сповільнюється.

Підвищення температури викликає значні зміни властивостей речовини. При температурі в декілька тисяч градусів молекули розпадаються на окремі атоми, а при температурі близько 10 тис. градусів атоми ионизуются, тобто руйнуються їхні електронні оболонки. Ці енергоємні процеси на якийсь час затримують ріст температури, але потім він відновляється. Протозірка швидко досягає стану, коли сила ваги практично урівноважена внутрішнім тиском газу. Але оскільки тепло усе ж потрохи іде назовні, а інших джерел енергії, крім стиску, у протозірки немає, вона продовжує потихеньку стискуватися і температура в її надрах усе збільшується.

Нарешті температура в центрі протозірки досягає декількох мільйонів градусів і починаються термоядерні реакції. Виділяється при цьому тепло повністю компенсує охолодження протозірки з поверхні. Стиск припиняється. Протозірка стає зіркою.