กระบวนการสามอัลฟาคือวิธีที่ดาวหลอมฮีเลียมนิวเคลียสให้กลายเป็นคาร์บอนและนิวเคลียสออกซิเจนเมื่อพวกมันหมดเชื้อเพลิงไฮโดรเจน การเริ่มต้นกระบวนการแบบสามอัลฟาต้องใช้อุณหภูมิที่ยั่งยืนกว่า 100,000,000 K และความหนาแน่นของฮีเลียมที่เพียงพอ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์เริ่มสร้างฮีเลียม "เถ้า" จำนวนมากในใจกลางจากการเผาไหม้ไฮโดรเจน ฮีเลียมไม่มีที่ไปและไม่ผลิตพลังงานของตัวเองดังนั้นมันจึงรวมตัวกันในแกนกลางและส่วนที่หดตัว การหดตัวจะเพิ่มความร้อนและแรงดันอย่างมาก ที่ 100 megaKelvins กระบวนการสามอัลฟาหรือที่เรียกว่าการเผาฮีเลียมเริ่มต้น
กระบวนการสามอัลฟาได้รับชื่อเนื่องจากกระบวนการนี้เป็นการรวมกันของอนุภาคอัลฟาสามตัว อนุภาคอัลฟาคือสองโปรตอนและนิวตรอนสองตัวรวมกันซึ่งเป็นสิ่งเดียวกับนิวเคลียสฮีเลียม ภายใต้แรงกดดันมหาศาลที่แกนกลางดาวฤกษ์นิวเคลียสฮีเลียมสองตัวสามารถรวมตัวกันเป็นเบริลเลียมนิวเคลียสปล่อยรังสีแกมม่าในกระบวนการ นิวเคลียสเบริลเลียมไม่เสถียรภายใน 2.6 × 10 -16 วินาทีมันยุบตัวลงสู่นิวเคลียสฮีเลียม แต่ถ้ามีการสร้างนิวเคลียสเบริลเลียมอย่างต่อเนื่องในที่สุดก็จะรวมตัวกับฮีเลียมนิวเคลียสที่มีพลังอีกอันหนึ่งและสร้างคาร์บอนซึ่งเป็นนิวเคลียสที่มีโปรตอนทั้งหมดหกตัวและนิวตรอนหกตัว
กระบวนการสามอัลฟาเกิดขึ้นในดาวมวลต่ำถึงกลางทั้งหมด (0.6-10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) ในช่วงปลายชีวิต หลังจากเวทียักษ์แดงซึ่งมีการเผาไหม้ของไฮโดรเจนแบบดั้งเดิมในเปลือกอัดรอบแกนฮีเลียมแกนกลางจะยุบตัวและเริ่มเผาฮีเลียมส่งดาวเข้าไปในสาขายักษ์ Asymptotic ของแผนภาพ Hertzsprung-Russell ซึ่งเปรียบเทียบความส่องสว่างของดาวกับประเภทสเปกตรัม .
ความเร็วของปฏิกิริยาสามอัลฟาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแกนกลางอย่างรุนแรงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นผลคูณของอุณหภูมิจนถึงกำลังงานที่ 30 และความหนาแน่นกำลังสอง ในดาวฤกษ์ขนาดเล็กแกนฮีเลียมจะหนาแน่นมากจนกลายเป็นสสารที่เสื่อมโทรมซึ่งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไม่สอดคล้องกับปริมาณที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ปฏิกิริยาอัลฟาสามตัวที่เรียกว่าแฟลชฮีเลียมซึ่งฮีเลียมในแกนกลางจะถูกเผาประมาณ 60-80% ในเวลาไม่กี่นาที สำหรับดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นฮีเลียมจะเริ่มหลอมรวมบนเปลือกนอกแกนคาร์บอนทำให้ไม่สามารถไปถึงสถานะสสารที่เสื่อมโทรมได้ ในดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่านี้การเผาไหม้คาร์บอนก็เริ่มต้นขึ้น
