En protostjärna är en ung stjärna som fortfarande håller på att bildas. Den börjar som en tät klump av gas och stoft inuti ett molekylärt moln. Tyngdkraften drar samman klumpen, och när den kollapsar värms den upp. Centrumet blir varmare och tätare, men det är ännu inte tillräckligt varmt för kärnfusion. Protostjärnan lyser genom att omvandla gravitationsenergi till värme, inte genom att smälta samman väte.

Kollapsen tar tid. En protostjärna med låg massa kan ta miljontals år att nå huvudserien. En protostjärna med hög massa kan bara ta några hundra tusen år. Under denna fas är protostjärnan omgiven av en skiva av gas och stoft. En del av det materialet faller ner på protostjärnan. En del av det kan bilda planeter. En del blåses bort av jetstrålar och utflöden.

Protostjärnor är gömda inuti sina födelsemoln. Synligt ljus kan inte tränga igenom stoftet. Infraröda teleskop och radioteleskop kan se igenom det och avslöja protostjärnan och dess skiva. James Webb-rymdteleskopet har observerat protostjärnor i exempellös detalj och fångat jetstrålarna och utflödena som följer med deras bildande.

I det ögonblick en protostjärna antänder vätefusion, blir den en riktig stjärna. Det ögonblicket markerar slutet på dess födelse och början på dess långa liv på huvudserien.