El proceso triple alfa es el medio por el cual las estrellas fusionan núcleos de helio en núcleos de carbono y oxígeno cuando han agotado su combustible de hidrógeno. Iniciar el proceso de triple alfa requiere temperaturas sostenidas de más de 100,000,000 K y una densidad suficiente de helio. Esto sucede cuando una estrella comienza a acumular cantidades sustanciales de «ceniza» de helio en su núcleo a partir de la combustión del hidrógeno. El helio no tiene adónde ir y no produce su propia energía, por lo que se agrega en el núcleo y se contrae. La contracción aumenta enormemente el calor y la presión. A 100 megaKelvins, se inicia el proceso triple alfa, también conocido como quema de helio.
El proceso triple alfa recibe su nombre porque el proceso es la fusión de tres partículas alfa. Una partícula alfa son dos protones y dos neutrones unidos, que es lo mismo que un núcleo de helio. Bajo las colosales presiones en el núcleo estelar, dos núcleos de helio pueden ser inducidos a combinarse en un núcleo de berilio, liberando un rayo gamma en el proceso. El núcleo de berilio es inestable. En 2.6 × 10-16 segundos, colapsa nuevamente en núcleos de helio. Pero si se crean continuamente suficientes núcleos de berilio, eventualmente uno se fusionará con otro núcleo energético de helio y creará carbono, un núcleo con un total de seis protones y seis neutrones.
El proceso triple alfa ocurre en todas las estrellas de masa baja a intermedia (0.6-10 masas solares) al final de su vida. Después de la etapa Red Giant, que presenta la combustión tradicional de hidrógeno en una capa comprimida alrededor de un núcleo de helio, el núcleo colapsa y comienza a quemar helio, lanzando la estrella a la rama gigante asintótica del diagrama de Hertzsprung-Russell, que compara la luminosidad de la estrella con el tipo espectral. .
La velocidad de la reacción triple alfa depende en gran medida de la temperatura del núcleo: la velocidad de reacción es el producto de la temperatura a la trigésima potencia y la densidad al cuadrado. En las estrellas pequeñas, el núcleo de helio se vuelve tan denso que se convierte en una forma de materia degenerada, donde los aumentos de temperatura no se corresponden con aumentos de volumen. Esto puede conducir a una reacción triple alfa descontrolada llamada destello de helio, donde el 30-60% del helio en el núcleo se incinera en minutos. Para las estrellas más grandes, el helio comienza a fusionarse en una capa fuera de un núcleo de carbono, evitando que alcance el estado de materia degenerada. En estas estrellas más grandes, eventualmente se inicia la quema de carbono.