3.2. Der Kohlenstoff - Stickstoff - Sauerstoff - Zyklus  
Zum erstenmal äußerten H. Bethe und C. F. von Weizsäcker eine Vermutung über die Existenz dieses Zykluses zur Energiegewinnung. Allerdings konnten sie ihn nicht in der Praxis nachweisen. 1967 erhielt H. Bethe einen Nobelpreis in Physik für seine theoretischen Ausführungen dieses Prozesses. Deswegen wird dieser Prozeß auch Bethe- Weizsäcker- Zyklus genannt.
Da außer dem Proton nur die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff beteiligt sind, nennt man diesen Prozeß häufig CNO - Zyklus.
Um diesen Prozeß zu starten sind Temperaturen von 10 bis 12 mal 10⁶ Kelvin nötig. Diese Temperaturen müssen höher sein als bei der pp- Reaktion, da die Kernmassenzahlen der beteiligten Elemente höher sind. Allerdings wird der CNO- Zyklus erst bei 16 mal 10⁶ Kelvin rentabler als die pp- Reaktion.
Die Reaktionshäufigkeit steigt mit der 12. bis 18. Potenz der Temperatur, daraus folgt, daß die Gebiete, in denen der CNO- Zyklus abläuft, stärker um das Sternzentrum konzentriert sind, als bei der pp- Reaktion.
 

Im Sterninneren reagiert ein Kohlenstoff(-12)- Kern mit einem Proton zu einem Stickstoff(-13)- Kern und einem Gammaquanten. Da der Stickstoff(-13)- Kern sehr instabil ist, zerfällt er in ein Kohlenstoff(-13)- Kern, ein Positron und ein Neutrino. Dieser Kohlenstoff(-13)- Kern stößt mit einem Proton zusammen und bildet einen Stickstoff(-14)- Kern und sendet dabei ein weiteres Gammaquant aus. Anschließend reagiert dieser Stickstoff(-14)-Kern mit einem weiteren Proton zu einem Sauerstoff(-15)-Kern und einem dritten Gamma- quanten. Da dieser Sauerstoff(-15)-Kern instabil ist, zerfällt er in einen Stickstoff(-15)-Kern, ein Positron und ein Neutrino. Dieser Stickstoff(-15)-Kern reagiert mit einem vierten Proton zu einem Kohlenstoff(-12)-Kern und einem Helium(-4)-Kern.  Dieser Kohlenstoffkern ist dann ein Ausgangspunkt für den nächsten Teil des Kreislaufes.

Im Sterninneren kommen die Kohlenstoff- und Stickstoff- atome in ihrer mittleren Häufigkeit vor. Bei Beginn des CNO- Zyklus verschiebt sich dieses Gleichgewicht zum Stickstoff. Da eine Restenergie von 24,97 MeV erhalten bleibt, kann ein sekundärer Zyklus einsetzen. In diesem reagiert der Stickstoff(-15)-Kern mit dem Proton zu einem Sauerstoff(-16)-Kern und einem Gammaquanten. Dieser Sauerstoffkern reagiert mit einem Proton zu einem Fluor(-17)-Kern ein weiteren Gammaquanten. Da dieser Fluorkern wiederum sehr instabil ist, zerfällt er in einen Sauerstoff(-17)-Kern, ein Positron und ein Neutrino. Dieser Sauerstoff(-17)- Kern reagiert mit einem weiteren Proton zu einem Stickstoff(-14)- Kern und einem Helium(-4)- Kern. Dieser Stickstoffkern kann wieder in den Zyklus eintreten und mit einem Proton reagieren.