이전까지 매우 어두웠던 항성이 갑자기 큰 폭발을 일으켜, 며칠 사이에 약 15등급(100만 배)이나 밝기가 커지는 현상. 폭발 변광성(爆發變光星)은 탄생에서 사멸에 진화과정을 거치는 동안, 예측할 수 없는 큰 폭발로 인해 갑자기 대단히 밝아졌다가 어두워지는 별인데, 폭발의 규모가 작으면 신성(新星), 대단히 크면 초신성이라고 한다.

태양의 10배 이상의 질량을 갖는 무거운 별이 진화의 최종상태(사멸)를 맞는 것이라고 생각되며, 그 결과 중성자별(中性子星) · 펄서(pulsar ; 脈動電波星) · 블랙홀 등이 형성된다.

폭발할 때 발생하는 총 에너지는 태양이 일생(약 100억 년) 동안 방출하는 양과 거의 같은 10⁴⁴J정도이다.

이것을 불과 며칠 동안에 방출해 버리기 때문에, 그 폭발 직후의 밝기는 -18~-19등(절대등급)으로 태양의 100억 배가 된다.

별 중심부에서의 열핵반응(熱核反應)에 의해 수소가스를 헬륨 · 탄소 · 질소 · 산소 및 새로운 원소로 잇따라 변환하면서 에너지를 생성해 온 무거운 별은 그 진화의 최종단계에서 중심부에 철의 코어를 형성한다.

중심의 온도가 약 50억 K에 이르면 선 강도가 매우 높아져 철의 코어는 광분해를 일으키고, 다량의 열에너지를 흡수해 압력이 저하한다.

그러면 별의 외층부는 그 중심을 향해 급격히 낙하하고, 중력에너지가 해방되어 고온이 되며, 철의 코어 근처에서 규소 등의 열핵반응이 폭주하는데, 그 결과 별의 외층을 폭발적으로 날려 버린다(호일-파울러의 설).

광분해 때 발생하는 다량의 중성자는 철 · 코발트 · 니켈 등의 원자핵에 포획되어, 별의 내부에서는 만들어지지 않았던 철보다 무거운 원자핵을 계속 형성해 간다.

이것이 초신성에 의한 중원소(重元素)의 합성이다.

이것들과 탄소 · 질소 · 산소 · 황 등의 원소를 다량으로 함유한 별의 외층가스는 성간공간(星間空間)의 가스와 서로 섞여 가스의 화학(원소) 조성을 변화시킨다.

이 성간가스는 곧 차가워지고, 거기에서 다음 세대의 새로운 별이 탄생하는데, 몇 천만 년 후 다시 초신성이 되어 폭발을 되풀이한다.

은하 속에서는 이와 같이 별의 탄생 · 진화, 초신성의 폭발과 원소합성, 성간가스로의 회귀와 별의 재형성이라는 사이클이 되풀이되고 있다는 사실이 1955년 G. 버비지, W. A. 파울러 등에 의해 밝혀졌다.

폭발한 가스는 초속 1만~2만 km의 속도로 성간공간을 향해, 충격파로 가열되면서 팽창을 계속해 초신성의 잔해(殘骸)로 가스성운을 형성한다.

별의 중심에 있는 철의 코어는 광분해 때 외층의 급격한 낙하에 의한 압력으로 강하게 압축되어 중성자별이나 블랙홀이 되며, 펄서 · X선별로서 관측된다.

이들 천체는 강한 자기장을 갖고 있으며, 하전입자(荷電粒子)를 수십억 eV로까지 가속해 지구에 내리찍어 우주선(宇宙線)으로 관측된다.

은하계 내에서도 드물게 나타나 1054년 황소자리 초신성, 1572년 카시오페이아자리 초신성, 1604년 뱀주인자리 초신성의 3개가 관찰되었다.