Katai merah adalah bintang kecil yang relatif dingin yang merupakan jenis bintang paling banyak di galaksi kita, jika bukan alam semesta. Ini sulit untuk diverifikasi karena katai merah tidak terlalu bercahaya (berkisar dari 0.01% hingga 10% luminositas Matahari), sehingga sulit untuk mengamatinya dari jarak astronomis. Proxima Centuari, bintang terdekat dengan tata surya, adalah bintang katai merah.
Katai merah memiliki massa antara 7.5% dan 50% dari Matahari. Bintang yang lebih masif disebut katai kuning, sedangkan yang kurang masif disebut katai coklat. Semua katai adalah bagian dari kelas bintang yang paling umum, yang dikenal sebagai “urutan utama”. Di luar deret utama adalah katai putih, yang telah kehabisan bahan bakar nuklirnya, dan bintang raksasa, yang membengkak membentuk nebula bintang atau meledak menjadi supernova.
Katai merah menggunakan reaksi fusi nuklir yang sama seperti Matahari untuk menghasilkan energi: fusi hidrogen menjadi helium melalui interaksi rantai proton-proton. Tetapi karena katai merah kurang masif, intinya kurang kompak dan reaksi berlangsung lebih lambat daripada di bintang yang lebih besar. Dengan demikian, suhu permukaan katai merah kurang dari 3,500K, jauh lebih tinggi daripada suhu permukaan Matahari, yaitu sekitar 5,778K.
Katai merah cukup kecil untuk menjadi konvektif sepenuhnya, yang berarti bahwa materi di inti dan permukaannya terus-menerus disirkulasikan kembali. Karena itu, katai merah mampu membakar sebagian besar bahan bakar nuklir mereka daripada bintang yang lebih masif. Dikombinasikan dengan laju reaksi nuklir yang rendah dari kompresinya yang rendah, ini memberi katai merah rentang hidup yang luar biasa: dari puluhan miliar hingga triliunan tahun tergantung pada massa.
Satu hal misterius tentang katai merah adalah bahwa mereka kekurangan apa yang disebut “logam” dalam bahasa astronomi, yang berarti elemen selain hidrogen atau helium. Karena sebagian besar bintang di alam semesta lahir dari supernova detritus, yang mengandung banyak logam, orang akan mengharapkan semua bintang kecuali bintang pertama di alam semesta mengandung unsur-unsur yang lebih berat. Namun mereka tidak bisa ditemukan di katai merah.