Hertzsprung-Russell-diagrammet (HR-diagram) er et af de vigtigste redskaber i studiet af stjernernes udvikling. Udviklet uafhængigt i begyndelsen af 1900erne af Ejnar Hertzsprung og Henry Norris Russell, tegner det stjernernes temperatur i forhold til deres lysstyrke (det teoretiske HR-diagram) eller stjernernes farve (eller spektral type) i forhold til deres absolutte størrelse (observations-HR-diagrammet, også kendt som et farvestørrelsesdiagram).
Afhængigt af dens indledende masse gennemgår hver stjerne specifikke evolutionære stadier dikteret af dens interne struktur og hvordan den producerer energi. Hvert af disse trin svarer til en ændring i stjernens temperatur og lysstyrke, som kan ses bevæge sig til forskellige regioner på HR-diagrammet, når det udvikler sig. Dette afslører den virkelige kraft i HR-diagrammet – astronomer kan kende en stjernes interne struktur og evolutionære fase ved blot at bestemme dens position i diagrammet.

Hertzsprung-Russell-diagrammet viser de forskellige faser af stjernernes udvikling. Langt det mest fremtrædende træk er hovedsekvensen (grå), der løber fra øverste venstre (varme, lysende stjerner) til nederst til højre (kølige, svage stjerner) i diagrammet. Den gigantiske gren og superkæmpestjerner ligger over hovedsekvensen, og hvide dværge findes under den.
Kredit: R. Hollow, CSIRO.

Dette Hertzsprung-Russell-diagram viser en gruppe stjerner i forskellige faser af deres udvikling. Langt det mest fremtrædende træk er hovedsekvensen, der løber fra øverste venstre (varme, lysende stjerner) til nederst til højre (kølige, svage stjerner) i diagrammet. Den kæmpe gren er også godt befolket, og der er mange hvide dværge. Også afbildet er Morgan-Keenan lysstyrkeklasser, der skelner mellem stjerner med samme temperatur, men forskellige lysstyrke. – >
Der er 3 hovedregioner (eller evolutionære stadier) af HR-diagrammet:

1. Hovedsekvensen strækker sig fra øverste venstre side (varm, lysende stjerner) nederst til højre (seje, svage stjerner) dominerer HR-diagrammet. Det er her, at stjerner bruger omkring 90% af deres liv på at brænde brint i helium i deres kerner. Hovedsekvensstjerner har en Morgan-Keenan-lysstyrkeklasse mærket V.
2. rød kæmpe og superkæmpestjerner (lysstyrkeklasser I til III) besætter regionen over hovedsekvensen. De har lave overfladetemperaturer og høje lysstyrker, hvilket ifølge Stefan-Boltzmann-loven betyder, at de også har store radier. Stjerner går ind i dette evolutionære stadium, når de først har opbrugt brintbrændstoffet i deres kerner og er begyndt at brænde helium og andre tungere grundstoffer.
3. hvide dværgstjerner (lysstyrke klasse D) er den sidste evolutionære fase af lav til mellemliggende massestjerner og findes nederst til venstre i HR-diagrammet. Disse stjerner er meget varme, men har lave lysstyrker på grund af deres lille størrelse.

Solen findes i hovedsekvensen med en lysstyrke på 1 og en temperatur på omkring 5.400 Kelvin.
Astronomer bruger generelt HR-diagrammet til enten at opsummere stjernernes udvikling eller til at undersøge egenskaberne ved en samling af stjerner. Især ved at tegne et HR-diagram for enten en kugleformet eller åben klynge af stjerner kan astronomer estimere klyngens alder, hvorfra stjerner ser ud til at slukke for hovedsekvensen (se posten om hovedsekvens for, hvordan dette fungerer). p>