Le stelle di grande massa hanno una massa diverse volte quella del sole. Queste stelle sono meno numerose nell'universo perché le nubi di gas tendono a condensarsi in molte stelle più piccole. Inoltre, hanno una vita più breve rispetto alle stelle di piccola massa. Nonostante il loro numero ridotto, queste stelle hanno ancora alcune caratteristiche molto distintive e evidenti.
Tutte le stelle sono alimentate dalla fusione nucleare al loro interno. Una stella trascorre la maggior parte della sua vita in una fase nota come sequenza principale, in cui fonde gli atomi di idrogeno in elio. Una stella di grande massa avrà più idrogeno da bruciare in questo processo. L'energia rilasciata da questo processo manterrà temperature più elevate e la stella, a sua volta, brucerà più idrogeno di una stella di piccola massa. Quindi, le stelle di grande massa bruciano la loro energia più velocemente delle stelle di piccola massa. Una stella con una massa dieci volte quella del sole può vivere nella sequenza principale di 20 milioni di anni, mentre le stelle di piccola massa, come le stelle nane rosse, possono avere una durata di vita della sequenza principale maggiore dell'età attuale del universo.
Le stelle sono suddivise in diverse classi in base alle loro caratteristiche spettrali. Le principali classi spettrali, in ordine decrescente di temperatura, sono O, B, A, F, G, K e M. Queste classi corrispondono anche alla massa delle stelle, con le stelle di classe O che sono le più massicce. Il sole è una stella di classe G. Le stelle di classe M hanno una massa pari a circa il 10% di quella solare e hanno una temperatura superficiale compresa tra 2.500 e 3.900 K. Al contrario, le stelle di classe O possono avere una massa 60 volte maggiore di quella del sole e avere temperature superficiali comprese tra 30.000 e 50.000 K. La classe spettrale B comprende stelle con masse da circa due o tre volte la massa del sole a circa 18 volte la massa del sole. La temperatura delle stelle di classe B varia da 11.000 a 30.000 K. Le classi spettrali A e F includono stelle che sono solo leggermente più massicce del sole.
Le stelle che sono almeno 1,3 volte più massicce del sole possono subire un diverso tipo di fusione rispetto a quello visto nella maggior parte delle altre stelle. Le stelle meno massicce subiscono la fusione dell'idrogeno durante la loro vita nella sequenza principale e la fusione dell'elio nella loro vita successiva. Stelle più massicce possono creare elio sia attraverso la fusione dell'idrogeno che attraverso il processo carbonio-azoto-ossigeno. Ciò consente a queste stelle di continuare a bruciare anche dopo che tutto l'idrogeno e l'elio sono stati consumati. A loro volta, queste stelle di grande massa possono fondere elementi sempre più grandi nella loro vita successiva.
Alla fine della vita di una stella di grande massa, il suo nucleo è costituito da ferro. Questo ferro è stabile e non subirà fusione. Alla fine, il nucleo di ferro collassa a causa della gravità e la stella può esplodere come una supernova. A seconda della massa della stella, il nucleo della stella può diventare una stella di neutroni o un buco nero. Questi punti finali sono molto diversi dalla maggior parte delle altre stelle, che terminano la loro vita come nane bianche più calde.