在太阳大气中，氢是最多的元素，占比达到了75%（按质量），氦元素第二多，占比也有24%，剩下的各种重元素一共占比才1%，这其中氧元素的丰度大约是碳元素的3~4倍，当然，这是一种正常现象，因为毕竟氧元素比碳元素更容易合成，氧比碳多也是很正常的。但是在宇宙中有一类恒星，碳元素比氧元素更多，这类恒星就叫做碳星（也叫做C型恒星）。
注意，这里说的碳星不同于碳行星，碳行星是含碳量很高的行星，而碳星是大气中碳元素比氧元素更多的恒星。
作为一种特殊的恒星，碳星具有一些有趣的特征，因为在大气中碳元素更多，所以碳和氧元素在恒星大气层上层形成了一氧化碳，而一氧化碳能够消耗大气中的大部分氧气，从而使碳原子自由地形成其他碳化合物，最终让碳星呈现出“乌黑”的大气层和引人注目的颜色。这就使得碳星具有相当独特的光谱特征。
碳星的光谱中会出现碳分子（如CO、C2、CN）的特征吸收线，而不会出现氧分子（如TiO、VO+）的特征吸收线。
碳星通常呈现红色，这是因为它们的温度较低（大约2500到3500K），并且由于碳分子的存在，它们的光谱偏向红外端。
那么碳星是如何形成的呢？
碳星的形成主要发生在恒星演化的渐近巨星支（AGB星）阶段，具体过程如下：
当一颗恒星耗尽核心的氢燃料后，它会膨胀成为红巨星。在红巨星阶段，恒星的核心会开始燃烧氦，产生碳和氧等重元素。随着恒星的进一步演化，它会进入AGB星阶段。
在AGB星阶段，恒星内部可能会发生第三次翻混（The third dredge-up），即将深层物质（包括新合成的碳元素）带到恒星表面。这个过程使得恒星表面的碳元素丰度增加，如果碳元素的丰度超过了氧元素，恒星就变成了碳星。
同时恒星会有强烈的恒星风，将物质抛射到周围的空间中。如果恒星表面的碳元素丰度较高，抛射出的物质中碳元素也会较多，这进一步加强了碳星的特征。
但是上述过程只可能发生在较低的恒星（如太阳质量的1到2倍），如果这类恒星刚好是低金属丰度的恒星，那么就更容易变成碳星，因为它们的外层大气较薄，碳较易显示出来。
不过除此之外，还有一种途径也能够产生碳星，在双星系统中，如果一个星体演化成红巨星并将富碳的物质转移到其伴星上，该伴星也可能展现出碳星的特征。
碳星还能分为三种：
- S型碳星：
- 这些碳星具有较弱的碳分子吸收线，但也有中等强度的金属线。
- S型碳星介于普通的M型红巨星和典型的碳星之间。
- C-J型碳星：
- 典型的碳星，具有明显的碳分子吸收线，缺乏氧分子的吸收线。
- R型碳星：
- R型碳星的光谱特征介于S型和C-J型碳星之间。
总的来说，碳星是一类特殊的大质量恒星，在其演化过程中，由于内部核合成和第三次翻混，使得恒星表面的碳元素丰度超过了氧元素。碳星的特征包括红色的颜色、碳分子的光谱特征以及脉动变光现象。它们的形成与恒星的AGB星阶段密切相关，是研究恒星晚期演化过程的重要天体。
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