Das Kohlenstoffbrennen ist eine Gruppe von Kernfusionsreaktionen, durch die in massereichen Sternen mit einer Ausgangsmasse von mindestens neun Sonnenmassen Energie freigesetzt wird.[1] Dabei verschmelzen zwei Kohlenstoff-Atomkerne. Der Begriff Kohlenstoffbrennen hat nichts mit einer chemischen Verbrennung zu tun.
Kohlenstoffbrennen setzt ein, nachdem die Fusion leichterer Elemente zum Erliegen gekommen ist. Voraussetzung ist ein aktives Sternzentrum (Kern) von mindestens 0,9 Sonnenmassen, Temperaturen von 6·108 bis 10·108 Kelvin und Dichten von über 105 g/cm3.[2] Nur Sterne mit Anfangsmassen ab ca. 9 Sonnenmassen erreichen diese Bedingungen. Der Energieumsatz ist dabei proportional zur 28. Potenz der Temperatur.[2] Mithin bewirkt eine Erhöhung der Temperatur um 5 % eine Steigerung auf 392 % bei der Energiefreisetzung.