Uma protoestrela é uma estrela jovem ainda em processo de formação. Começa como um aglomerado denso de gás e poeira dentro de uma nuvem molecular. A gravidade atrai o aglomerado, e à medida que este colapsa, aquece. O centro torna-se mais quente e denso, mas ainda não está suficientemente quente para a fusão nuclear. A protoestrela brilha convertendo a energia gravitacional em calor, e não fundindo hidrogénio.

O colapso leva tempo. Uma protoestrela de baixa massa pode demorar milhões de anos a atingir a sequência principal. Uma protoestrela de elevada massa pode demorar apenas algumas centenas de milhares de anos. Durante esta fase, a protoestrela é rodeada por um disco de gás e poeira. Parte deste material cai sobre a protoestrela. Parte dele pode formar planetas. Parte é expelida por jatos e fluxos de saída.

As protoestrelas estão escondidas dentro das suas nuvens de nascimento. A luz visível não consegue penetrar o pó. Os telescópios infravermelhos e de rádio conseguem ver através dela, revelando a protoestrela e o seu disco. O Telescópio Espacial James Webb observou protoestrelas com um detalhe sem precedentes, captando os jatos e os fluxos que acompanham a sua formação.

No momento em que uma protoestrela inicia a fusão do hidrogénio, transforma-se numa verdadeira estrela. Este momento marca o fim do seu nascimento e o início da sua longa vida na sequência principal.