Neonpoltto on ydinreaktio, joka tapahtuu massiivisten tähtien (8 aurinkomassaa tai enemmän) ytimessä lähellä elämänsä loppua. Se muuttaa neonin happi- ja magnesiumatomiksi vapauttaen valoa ja lämpöä prosessissa. Neonipoltto on niin nopeaa, että se tapahtuu vain muutaman vuoden aikana, silmänräpäyksessä astrofysiikassa, jossa aikataulut mitataan yleensä miljoonissa tai miljardeissa vuosissa. Neonpoltto tapahtuu hiilen polttamisen jälkeen ja ennen hapen polttamista.
Suurimman osan tähtien elinkaaresta se polttaa hitaasti vetyä ytimessään sulattamalla vetyytimet heliumytimiin ja nostamalla hitaasti heliumin prosenttiosuutta ytimessään. Jos tähti on riittävän massiivinen, se alkaa sulattaa heliumin kolminkertaisen alfa-prosessin läpi jättäen pääjärjestyksen ja muuttuen jättimäiseksi tähdeksi. Jos tähdellä on vielä enemmän massaa, se alkaa sulattaa heliumin hiileksi, prosessi kestää vain noin 1000 vuotta.
Mitä tapahtuu seuraavaksi, erottaa todella massiiviset tähdet pienistä. Jos tähdellä on vähemmän kuin noin 8 aurinkomassaa, se heittää suurimman osan kirjekuoristaan auringon tuulen läpi ja jättää jälkeensä hapen/neonin/magnesiumin valkoisen kääpiön. Jos sitä on enemmän, ydin tiivistyy kooltaan, kuumenee ja alkaa neonpolttaminen. Neonpoltto vaatii lämpötilat alueella 1.2 × 109 K ja paineita noin 4 × 109 kg/m3. Tämä on noin neljä miljoonaa tonnia neliömetriä kohti.
Neonpolttavan ytimen yläpuolella hiilen polttaminen, heliumin polttaminen ja vedyn polttaminen jatkuvat kuorissa, jotka sijaitsevat asteittain suuremmalla etäisyydellä ytimestä. Neonien polttaminen perustuu pohjimmiltaan valon hajoamiseen – prosessiin, jossa syntyy äärimmäisen energian gammasäteitä ja jotka vaikuttavat atomin ytimiin niin voimakkaasti, että ne kaatavat protonit ja neutronit tai jopa rikkovat ytimen puoliksi. Kuolevan tähden ydin, fotodisintegraatio, lyö alfa -hiukkaset (heliumytimet) pois neonytimistä ja tuottaa happea ja alfahiukkasia sivutuotteina. Energiset alfahiukkaset sulautuvat sitten neonytimien kanssa muodostaen magnesiumia.
Ajan myötä tähti käyttää neoniaan ja ydin tiivistyy uudelleen, jolloin alkaa hapen polttaminen. Jos tähti polttaa yhä raskaampia ytimiä, se saavuttaa lopulta rautaa, jota ei voida sytyttää kestävällä tavalla, ja ydin romahtaa, mitä seuraa supernova.