También llamado Ciclo CNO, en base a los elementos químicos involucrados en el mismo. Fenómeno de fusión nuclear mediante el cual las estrellas obtienen energía a partir de núcleos de carbono que, tras varios pasos intermedios en los que, por absorción de protones, se transforman en distintos isótopos de carbono y nitrógeno, acaban dando núcleos de oxígeno que finalmente se descomponen en núcleos de carbono similares a los iniciales junto con núcleos ionizados de helio, o partículas alfa, acompañado por la emisión de energía. Se trata de un proceso cíclico similar en resultados al de la fusión de núcleos de hidrógeno para dar helio, el proceso normal de las estrellas, pero siguiendo un camino diferente.

A diferencia de las estrellas de tamaño pequeño como el Sol, en las que predomina la fusión de hidrógeno, en las estrellas masivas el ciclo del carbono es la principal fuente de obtención de energía.