Outra fonte de energia que o Sol e as outras estrelas têm, e que é importante quando estão se contraindo e ainda não produzem energia nuclear, é a energia resultante da contração gravitacional. Por conservação de energia, quando a energia gravitacional diminui - devido à contração -, aumenta a energia cinética das partículas dentro da estrela, ou seja, aumenta a energia térmica. Nessa fase a energia total da estrela é:
onde 
é energia gravitacional e 
é energia térmica.
Pelo teorema do Virial [Rudolf Clausius, 1870 (On a Mechanical Theorem Applicable to Heat. Philosophical Magazine, Series 4, 40 (265): 122-127)], vindo da equipartição de energia, que se aplica a gases perfeitos - não interagentes - estáveis, a energia total é igual à metade da energia potencial gravitacional:
Portanto, quando a estrela se contrai, apenas metade da energia é usada para
aumentar sua temperatura, a outra metade é liberada na forma de radiação - luminosidade.
Considerando que a energia potencial gravitacional de uma esfera auto-gravitante de massa 
e raio 
é da ordem de 
, a energia gerada pela contração que é disponível
para ser irradiada é:
O tempo durante o qual a contração gravitacional poderia sustentar a luminosidade do Sol no
seu valor atual é chamado tempo térmico, ou tempo de contração de Kelvin (
):
Substituindo os valores de G = 6,67 × 10-11 N m2/kg2, MSol = 1,99 × 1030 kg; RSol = 6,95 × 108 m, e LSol = 3,9 × 1026 J/s, temos:
