Zvijezde velike mase imaju masu nekoliko puta veću od mase sunca. Te su zvijezde u svemiru manje brojne jer se oblaci plina teže kondenzirati u mnogo manjih zvijezda. Nadalje, imaju kraći životni vijek od zvijezda male mase. Unatoč smanjenom broju, ove zvijezde i dalje imaju neke vrlo prepoznatljive i uočljive karakteristike.
Sve zvijezde u svojoj jezgri pokreće se nuklearnom fuzijom. Zvijezda provodi veći dio svog života u fazi poznatoj kao glavna sekvenca, u kojoj stapa atome vodika u helij. Zvijezda velike mase imat će više vodika za sagorijevanje u ovom procesu. Energija koja se oslobađa ovim postupkom održat će više temperature, a zvijezda će zauzvrat sagorjeti više vodika nego zvijezda male mase. Stoga zvijezde velike mase izgaraju svoju energiju brže od zvijezda male mase. Zvijezda mase deset puta veće od Sunčeve može živjeti u glavnom slijedu od 20 milijuna godina, dok zvijezde male mase, poput crvenih patuljastih zvijezda, mogu imati životni vijek glavnog niza veći od trenutne starosti svemir.
Zvijezde su podijeljene u različite klase prema svojim spektralnim karakteristikama. Glavne spektralne klase, redom padajuće temperature, su O, B, A, F, G, K i M. Te klase također odgovaraju masi zvijezda, a zvijezde O klase su najmasovnije. Sunce je zvijezda G klase. Zvijezde klase M imaju masu od oko 10 posto sunčeve i površinsku temperaturu između 2.500 i 3.900 K. Suprotno tome, zvijezde klase O mogu imati masu 60 puta veću od sunčeve i imaju površinske temperature u rasponu od 30 000 do 50 000 K. Spektralna klasa B uključuje zvijezde s masama oko dva ili tri puta većom od mase sunca do oko 18 puta većoj od mase sunca. Temperatura zvijezda klase B kreće se od 11 000 do 30 000 K. Spektralne klase A i F uključuju zvijezde koje su tek malo masivnije od sunca.
Zvijezde koje su najmanje 1,3 puta masivnije od sunca mogu se podvrgnuti različitoj fuziji od one koja se vidi kod većine drugih zvijezda. Manje masivne zvijezde podvrgavaju se fuziji vodika tijekom svog života u glavnom nizu, a fuziji helija u kasnijem životu. Masivnije zvijezde mogu stvoriti helij i fuzijom vodika, kao i postupkom ugljik-dušik-kisik. To omogućuje tim zvijezdama da nastave gorjeti čak i nakon što se potroši sav vodik i helij. Zauzvrat, ove zvijezde velike mase mogu stopiti sve veće elemente u svom kasnijem životu.
Na kraju života zvijezde velike mase, njenu jezgru čini željezo. Ovo željezo je stabilno i neće se podvrgnuti fuziji. Na kraju se željezna jezgra sruši zbog gravitacije, a zvijezda može eksplodirati kao supernova. Ovisno o masi zvijezde, jezgra zvijezde može postati neutronska zvijezda ili crna rupa. Te se krajnje točke vrlo razlikuju od većine drugih zvijezda, koje svoj život završavaju kao vruće bijele patuljaste zvijezde.