Diagram Hertzsprunga-Russella (diagram HR) jest jednym z najważniejszych narzędzi w badaniu ewolucji gwiazd. Opracowany niezależnie na początku XX wieku przez Ejnara Hertzsprunga i Henryego Norrisa Russella, wykreśla temperaturę gwiazd względem ich jasności (teoretyczny wykres HR) lub kolor gwiazd (lub typ widmowy) w porównaniu z ich wielkością absolutną (obserwacyjny wykres HR znany również jako diagram wielkości koloru).
W zależności od swojej masy początkowej, każda gwiazda przechodzi przez określone etapy ewolucji podyktowane jej wewnętrzną strukturą i sposobem wytwarzania energii. Każdy z tych etapów odpowiada zmianie temperatury i jasności gwiazdy, która, jak się rozwija, przemieszcza się do różnych regionów na diagramie HR. To ujawnia prawdziwą moc diagramu HR – astronomowie mogą poznać wewnętrzną strukturę gwiazdy i etap ewolucji, po prostu określając jej pozycję na diagramie.

Diagram Hertzsprunga-Russella przedstawiający różne etapy ewolucji gwiazd. Zdecydowanie najbardziej widoczną cechą jest sekwencja główna (szara), biegnąca od lewej górnej (gorące, świecące gwiazdy) do prawej dolnej (chłodne, słabe gwiazdy) diagramu. Gałąź olbrzyma i nadolbrzymy znajdują się powyżej ciągu głównego, a pod nim znajdują się białe karły.
Źródło: R. Hollow, CSIRO.

Ten diagram Hertzsprunga-Russella przedstawia grupę gwiazd na różnych etapach ich ewolucji. Zdecydowanie najbardziej widoczną cechą jest sekwencja główna, która biegnie od lewej górnej części (gorące, świecące gwiazdy) do prawej dolnej (chłodne, słabe gwiazdy) diagramu. Gałąź olbrzyma jest również dobrze zaludniona i występuje tam wiele białych karłów. Przedstawiono również klasy jasności Morgana-Keenana, które rozróżniają gwiazdy o tej samej temperaturze, ale różnej jasności. – >
Istnieją 3 główne regiony (lub etapy ewolucyjne) diagramu HR:

1. Główna sekwencja rozciągająca się od lewej górnej części (gorąca, świecąca gwiazdki) w prawym dolnym rogu (chłodne, słabe gwiazdy) dominuje na wykresie HR. To tutaj gwiazdy spędzają około 90% swojego życia, spalając wodór w hel w swoich jądrach. Gwiazdy ciągu głównego mają klasę jasności Morgana-Keenana oznaczoną jako V.
2. czerwony olbrzym i gwiazdy nadolbrzymów (klasy jasności od I do III) zajmują obszar powyżej ciągu głównego. Mają niską temperaturę powierzchni i wysoką jasność, co zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna oznacza, że mają również duże promienie. Gwiazdy wchodzą w ten etap ewolucji, gdy wyczerpią paliwo wodorowe w swoich rdzeniach i zaczną spalać hel i inne cięższe pierwiastki.
3. Białe karły (klasa jasności D) to ostatni etap ewolucji od niskiego do pośredniego masowe gwiazdy i znajdują się w lewym dolnym rogu wykresu HR. Te gwiazdy są bardzo gorące, ale mają niską jasność ze względu na ich mały rozmiar.

Słońce znajduje się w ciągu głównym z jasnością 1 i temperaturą około 5400 Kelwinów.
Astronomowie generalnie używają diagramu HR do podsumowania ewolucji gwiazd lub do zbadania właściwości zbioru gwiazd. W szczególności, wykreślając wykres HR dla gromady kulistej lub gromady otwartej gwiazd, astronomowie mogą oszacować wiek gromady, od którego gwiazdy wydają się wyłączać ciąg główny (zobacz wpis o sekwencji głównej, aby dowiedzieć się, jak to działa).