Температура излучающей поверхности (фотосферы) красных гигантов сравнительно невелика (T ≈ 3000—5000 K) и, соответственно, поток энергии с единицы излучающей площади невелик — в 2—10 раз меньше, чем у Солнца. Однако полная светимость таких звёзд может достигать 〖10〗^5—〖10〗^6 L_⊙, так как красные гиганты и сверхгиганты имеют очень большие размеры и, соответственно, площади поверхности. Характерный радиус красных гигантов — от 100 до 800 солнечных радиусов, что соответствует площади поверхности в 〖10〗^4—〖10〗^6 раз больше солнечной.
Топливом в «молодых» красный гигантах является водород. В звёздах главной последовательности, ставших «старыми» красными гигантами, - гелий и более тяжёлые ядра.
Около 10% массы красного гиганта приходится на его очень малое по размерам ядро, в котором (или в наружном слое которого) происходят термоядерные реакции. Остальная часть массы звезды приходится на очень протяжённую оболочку, которая переносит выделившуюся в ядре энергию к поверхности. Наличие протяжённой и относительно холодной оболочки приводит к интенсивному звёздному ветру: потери массы при таком истечении вещества достигают 〖10〗^(-6)—〖10〗^(-5) M_⊙ в год.
Конвективные механизмы могут приводить к выносу в атмосферу звезды продуктов нуклеосинтеза из внутренних ядерных источников. Поэтому наблюдаются аномалии химического состава, в частности, повышенное содержание углерода.