白矮星是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，因此被命名为白矮星。白矮星是演化到末期的恒星，主要由碳构成，外部覆盖一层氢气与氦气。白矮星在亿万年的时间里逐渐冷却、变暗，它体积小，亮度低，但密度高，质量大。1982年出版的白矮星星表表明，银河系中已被发现的白矮星有488颗，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3%的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10%左右。
中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段，结束以氢聚变反应之后。将在核心进行氦聚变，将氦燃烧成碳和氧的三氦聚变过程，并膨胀成为一颗红巨星。
当红巨星的外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，于是氦开始聚变成碳。经过几百万年，氦核燃烧殆尽，恒星的结构组成已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混合物，而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。与此同时，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈，忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右，我们可以说，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。当恒星的不稳定状态达到极限后，红巨星会进行爆发，把核心以外的物质都抛离恒星本体，物质向外扩散成为星云，残留下来的内核就是我们能看到的白矮星。所以白矮星通常都由碳和氧组成。但也有可能核心的温度可以达到燃烧碳却仍不足以燃烧氖的温度，这时就能形成核心由氧、氖和镁组成的白矮星。偶尔有些由氦组成的白矮星，不过这是由联星的质量损失造成的。
白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应，因此恒星不再有能量产生。这时它也不再由核聚变的热来抵抗重力崩溃，而是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。许多碳氧白矮星的质量都接近这个极限的质量，有时经由伴星的质量传递，白矮星可能经由碳引爆过程爆炸成为一颗Ia超新星。
白矮星形成时的温度非常高，但是因为没有能量的来源。因此将会逐渐释放它的热量并解逐渐变冷（温度降低），这意味着它的辐射会从最初的高色温随着时间逐渐减小并且转变成红色。经过漫长的时间，白矮星的温度将冷却到光度不再能被看见，而成为冷的黑矮星。但是，现在的宇宙仍然太年轻（大约137亿岁），即使是最年老的白矮星依然辐射出数千K的温度，还不可能有黑矮星的存在。
天文学让我们了解到宇宙中发生的奇异事件，其所蕴含的物理解释却让人难以想象，最近科学家发现白矮星的内部可能出现神奇的“结晶”核体。
大多数的恒星内核通过氢核聚变进行燃烧，将质量转变为能量，并产生光和热量，当恒星内部氢燃料完成消耗完后就开始进行氦融合反应，并形成更重的碳和氧，这一过程对于类似我们太阳这样的恒星而言，就显得较为短暂，并形成碳氧组成的白矮星，如果其质量大于1.4倍太阳质量，就会发生Ia型超新星爆发。
麦克唐纳天文台的2.1米望远镜对GD518白矮星的观测发现，其表面温度达到12，000度，是太阳的两倍左右，质量为太阳的1.2倍，根据恒星演化模型，其主要成分为氧和氖。通过对GD518白矮星亮度的变化判断，实际上它正在进行“脉冲”式的膨胀和收缩，这意味着其内部存在不稳定性，科学家预测其内部已经出现了结晶或者凝固现象，形成一定半径的“小结晶球”，这是一个非常不可思议的结果，科学家认为继续对这颗白矮星进行调查，有助于为其他类型的超新星爆发提供依据，更好地测量出宇宙的大尺度范围。
人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。天狼星（Sirius）的伴星是第一颗被人们发现的白矮星，也是所观测到的最亮的白矮星（8等星），它的密度在1000万吨立方米左右，体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多。
1982年出版的白矮星星表表明，银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3%的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10%左右。
在大约1，600光年远的一个叫做J0806的非常着名的双星系统里，两个致密的白矮星每321秒绕各自的轨道旋转一周。钱德拉天文台天文学家的X射线波段数据分析反驳了一个已经给人留下深刻印象的观点：这两颗白矮星的短轨道周期处于一种稳定的状态，当他们的螺旋凑的越近，他们的周期越短。即使它们是分开有80，000公里的两个星（地球与月亮的距离是400，000公里），它们也注定要合并的。根据这个艺术家般的观点描述，着名的J0806系统螺旋毁灭的原因便是同爱因斯坦相对论中预言的那样：白矮星由于重力波产生的影响而最终丧失它的轨道能量。事实上，J0806可能是我们银河系重力波最明亮的光源之一，可以直接利用未来设立在太空的重力波工具捕获。
如果要进行星际旅行，白矮星也是重要的威胁之一！