Hertzsprung-Russell-diagrammet (HR-diagram) er et av de viktigste verktøyene i studiet av stjernevolusjon. Utviklet uavhengig tidlig på 1900-tallet av Ejnar Hertzsprung og Henry Norris Russell, tegner den temperaturen til stjernene mot deres lysstyrke (det teoretiske HR-diagrammet) eller fargen på stjerner (eller spektral type) mot deres absolutte størrelse (observasjons-HR-diagrammet, også kjent som et fargestørrelsesdiagram).
Avhengig av den opprinnelige massen, går hver stjerne gjennom spesifikke evolusjonstrinn diktert av sin interne struktur og hvordan den produserer energi. Hvert av disse trinnene tilsvarer en endring i temperaturen og lysstyrken til stjernen, som kan sees å bevege seg til forskjellige regioner på HR-diagrammet når den utvikler seg. Dette avslører den virkelige kraften til HR-diagrammet – astronomer kan kjenne en stjernes indre struktur og evolusjonære stadie ganske enkelt ved å bestemme posisjonen i diagrammet.

Hertzsprung-Russell-diagrammet de forskjellige stadiene av stjernevolusjonen. Det desidert mest fremtredende trekket er hovedsekvensen (grå), som går fra øvre venstre (varme, lysende stjerner) til nederst til høyre (kule, svake stjerner) i diagrammet. Den gigantiske grenen og superkjempestjernene ligger over hovedsekvensen, og hvite dverger finnes under den.
Kreditt: R. Hollow, CSIRO.

Dette Hertzsprung-Russell-diagrammet viser en gruppe stjerner i forskjellige stadier av deres utvikling. Det desidert mest fremtredende trekket er hovedsekvensen, som går fra øvre venstre (varme, lysende stjerner) til nederst til høyre (kule, svake stjerner) i diagrammet. Den gigantiske grenen er også godt befolket, og det er mange hvite dverger. Morgan-Keenan-lysstyrkeklasser er også tegnet som skiller mellom stjerner med samme temperatur, men forskjellige lysstyrke. – >
Det er 3 hovedregioner (eller evolusjonstrinn) i HR-diagrammet:

1. Hovedsekvensen som strekker seg fra øvre venstre side (varm, lysende stjerner) nederst til høyre (kule, svake stjerner) dominerer HR-diagrammet. Det er her stjernene bruker omtrent 90% av livet sitt på å brenne hydrogen i helium i kjernene. Hovedsekvensstjerner har en Morgan-Keenan lysstyrke klasse merket V.
2. rød kjempe og superkjempestjerner (lysstyrke klasse I til III) okkuperer regionen over hovedsekvensen. De har lave overflatetemperaturer og høye lysstyrker, som ifølge Stefan-Boltzmann-loven betyr at de også har store radier. Stjerner går inn i dette evolusjonære stadiet når de har brukt opp hydrogenbrenselet i kjernene og har begynt å brenne helium og andre tyngre grunnstoffer.
3. hvite dvergstjerner (lysstyrke klasse D) er det siste evolusjonære stadiet av lav til middels massestjerner, og finnes nederst til venstre i HR-diagrammet. Disse stjernene er veldig varme, men har lave lysstyrker på grunn av deres lille størrelse.

Solen finnes i hovedsekvensen med en lysstyrke på 1 og en temperatur på rundt 5400 Kelvin.
Astronomer bruker vanligvis HR-diagrammet til å enten oppsummere stjernenes utvikling, eller for å undersøke egenskapene til en samling stjerner. Spesielt ved å tegne et HR-diagram for enten en kuleformet eller åpen klynge av stjerner, kan astronomer estimere klyngens alder fra hvor stjerner ser ut til å slå av hovedsekvensen (se oppføringen i hovedsekvensen for hvordan dette fungerer). p>