大多数红巨星后来都会演变成“变星”——它们所发出的光与热不再是稳定的，而是时时都在变化着。如有颗鲸鱼O的变星，其星光变化之大可以让它在一段时间内相当明亮，而在另外一段时间内暗得肉眼根本看不见，就像“隐身”了似的。
变星有很多种类，但最多、也是最重要的是那种明暗变化很有规律的脉动变星。脉动变星亮度变化的原因是它的半径在有规律地收缩、膨胀，半径变化的幅度可以达到15%左右。这无疑又是宇宙中的一大奇观，一个半径百万千米的巨大火球，一会儿像气球充气那样，向四方扩展开来，一会儿又泄气了，慢慢瘪了下去，而且这种胀缩十分准时有序。驱动这样一个庞然大物的巨大能量来自何处，至今还是一个不解之谜。
尽管人们还不知其所以然，却不妨碍天文学家巧妙地利用这种变化规律——从它们的脉动周期可以准确地测定出它们与地球的距离，成为一把非常有用的“量天尺”。
事情还应从1908年说起，那时有一位刚届不惑之年的巾帼女杰勒维特，她当时正在研究银河系之外的两个星系——大、小麦哲伦星系。她在长年的观测中发现，那儿有25颗这种脉动变星，它们星光的变化很有规律，与早就知道的仙王δ（造父一）如出一辙，完全可以预报下一时刻的光亮是多少，天文学家便把它们归为“造父变星”一类。当她把这25颗造父变星按照变化周期大小排列时，竟意外地发现了新的规律：光变周期越短的造父变星，其星光也越暗，标到特定的图上，就是一条直线关系。
勒维特发现的造父变星存在着“周（期）光（度）关系”立即引起了轰动，因为它们的光变周期是能轻而易举得到的资料，依据这个关系人们就能算出某颗变星实际的发光强度，从而算出它离地球的距离有多远了。这就好比有一盏100瓦的电灯，科学家能从接收到的光强推算出它离我们距离是一样的道理。
当星体的距离超过100秒差距后，视差法的误差太大，就会力不从心，而在100秒差距内的天体并不多，这时造父变星的周光关系就能大显神威了。事实上许多银河系外天体的距离，就是靠了它里面的造父变星才知道它们的远近的。
还有一类变星虽然没有什么规律可寻，但也不可等闲视之，那就是会突然发亮的“新星”。
1918年，第一次世界大战已进入尾声。6月7日夜，在战壕中的英法联军士兵们发现，在天鹰星座中突然冒出一颗以前从未见过的亮星。第二天夜晚它的星光已明显地比牛郎星更亮，战士们喜称他们见到了“胜利之星”。
新星是密近双星中物质交换引起的爆发现象
新星并不是新诞生出来的恒星，而是以前它的星光太暗，肉眼“视而不见”才造成的误解。新星与超新星有着本质上的区别。超新星是恒星临死前的回光返照，而新星是密近双星（见下节）中一颗子星由于接受到另一颗子星上喷射来的大量物质而引发的突然发亮，所以它的爆发不会“伤筋动骨”，甚至不少新星过一段时间会再次发生爆发。