先是由氫聚變為氦，然後由氦聚變為碳。此後生成的元素就複雜了。在主序星和紅巨星階段，透過內部核聚變，能夠生成從2號元素氦到26號元素鐵的所有元素，到鐵為止。在大質量恆星以超新星爆發形式結束其一生時，在超新星爆發中，可以生成從27號元素鈷到92號元素鈾的66種元素。這一過程也可以認為是核聚變過程，只不過是在瞬間發生的。從93號元素錼開始，就是人造元素了，在恆星中不能生成。

在恆星內部，只有一種情況能夠產生超鈾元素，就是大質量恆星在演化至終極階段發生的超新星爆發時。

至今發現的18種超鈾元素中，目前僅在自然界的氟碳鈰鑭礦中發現過微量的的鈽244，在鈾礦中發現微量的鈽239和錼237，其它都是人工合成的。鈽244的半衰期是8.3×10^7年，即8300萬年；錼237的半衰期是2.14×10^6年，即200多萬年，均遠低於太陽系的年齡，它們只能是在地球形成後，在漫長的地質年代中，由鈾礦石經過中子俘獲，緊接著兩次β衰變而成的：（238U → 239U → 239Np → 239Pu）。

超新星爆發所能形成的元素，溫度是關鍵。溫度越高，能夠形成的元素就越重。超新星爆發時，溫度可達1000億－1500億度，能夠形成的超鈾元素種類應該是很多的，但由於超鈾元素都是放射性元素，原子核極不穩定，很快就衰變為其它元素而失去它們曾經存在過的痕跡。U235的半衰期超過7億年，U238的半衰期長達45億年，所以在今天的地球上依然能夠找到它們，其它的超鈾元素都已經衰變得找不到了。