Une protoétoile est une jeune étoile encore en formation. Elle se forme initialement sous la forme d'un amas dense de gaz et de poussière au sein d'un nuage moléculaire. La gravité resserre cet amas, et lors de son effondrement, il s'échauffe. Le centre devient plus chaud et plus dense, mais pas encore suffisamment chaud pour la fusion nucléaire. La protoétoile brille en convertissant l'énergie gravitationnelle en chaleur, et non par fusion de l'hydrogène.

L'effondrement prend du temps. Une protoétoile de faible masse peut mettre des millions d'années pour atteindre la séquence principale. Une protoétoile de masse élevée peut n'y parvenir qu'en quelques centaines de milliers d'années. Durant cette phase, la protoétoile est entourée d'un disque de gaz et de poussière. Une partie de cette matière s'y accumule et forme des planètes. Une autre partie est projetée par des jets et des écoulements.

Les protoétoiles sont dissimulées au cœur de leurs nuages ​​de naissance. La lumière visible ne peut pénétrer la poussière. Seuls les télescopes infrarouges et radio peuvent l'observer, révélant ainsi la protoétoile et son disque. Le télescope spatial James Webb a permis d'observer les protoétoiles avec une précision sans précédent, capturant les jets et les écoulements qui accompagnent leur formation.

Dès qu'une protoétoile entame la fusion de l'hydrogène, elle devient une véritable étoile. Cet instant marque la fin de sa naissance et le début de sa longue vie sur la séquence principale.