Pembakaran neon adalah reaksi nuklir yang terjadi di inti bintang masif (8 massa matahari atau lebih besar) menjelang akhir hidupnya. Ini mengubah neon menjadi atom oksigen dan magnesium, melepaskan cahaya dan panas dalam prosesnya. Pembakaran neon begitu cepat sehingga hanya terjadi selama beberapa tahun, sekejap mata dalam astrofisika, di mana skala waktu biasanya diukur dalam jutaan atau miliaran tahun. Proses pembakaran neon terjadi setelah pembakaran karbon dan sebelum pembakaran oksigen.
Untuk sebagian besar umur bintang, perlahan-lahan akan membakar hidrogen di intinya, menggabungkan inti hidrogen menjadi inti helium, perlahan-lahan meningkatkan persentase helium di intinya. Jika bintang tersebut cukup besar, ia akan mulai melebur helium melalui proses triple-alpha, meninggalkan deret utama dan menjadi bintang raksasa. Jika bintang memiliki massa yang lebih besar, ia akan mulai menggabungkan helium menjadi karbon, sebuah proses yang hanya membutuhkan waktu sekitar 1000 tahun.
Apa yang terjadi selanjutnya memisahkan bintang yang benar-benar masif dari yang lebih kecil. Jika sebuah bintang memiliki kurang dari sekitar 8 massa matahari, ia mengeluarkan sebagian besar selubungnya melalui angin matahari dan meninggalkan katai putih oksigen/neon/magnesium. Jika memiliki lebih banyak, inti mengembun dalam ukuran, memanas, dan mulai membakar neon. Pembakaran neon membutuhkan suhu dalam kisaran 1.2×109 K dan tekanan sekitar 4×109 kg/m3. Ini sekitar empat juta metrik ton per meter persegi.
Di atas inti pembakaran neon, pembakaran karbon, pembakaran helium, dan pembakaran hidrogen berlanjut dalam cangkang yang terletak pada jarak yang semakin jauh dari inti. Pembakaran neon pada dasarnya bergantung pada fotodisintegrasi — proses di mana sinar gamma dari energi ekstrem diciptakan, dan berdampak pada inti atom dengan sangat kuat sehingga mereka menjatuhkan proton dan neutron, atau bahkan menghancurkan inti menjadi dua. Inti dari bintang yang sekarat, fotodisintegrasi menghancurkan partikel alfa (inti helium) dari inti neon, menghasilkan oksigen dan partikel alfa sebagai produk sampingan. Partikel alfa energik kemudian menyatu dengan inti neon untuk membuat magnesium.
Seiring waktu, bintang menggunakan neonnya dan inti mengembun lagi, di mana pembakaran oksigen dimulai. Jika bintang terus membakar inti yang lebih berat dan lebih berat, ia akhirnya mencapai besi, yang tidak dapat dinyalakan secara berkelanjutan, dan keruntuhan inti terjadi, diikuti oleh supernova.