Diagrama Hertzsprung-Russell (diagrama HR) este unul dintre cele mai importante instrumente în studiul evoluției stelare. Dezvoltat independent la începutul anilor 1900 de Ejnar Hertzsprung și Henry Norris Russell, trasează temperatura stelelor în funcție de luminozitatea lor (diagrama teoretică HR) sau culoarea stelelor (sau tipul spectral) în raport cu magnitudinea lor absolută (diagrama HR observativă, cunoscută și sub numele de diagramă culoare-magnitudine).
În funcție de masa inițială, fiecare stea trece prin etape evolutive specifice dictate de structura sa internă și de modul în care produce energie. Fiecare dintre aceste etape corespunde unei modificări a temperaturii și luminozității stelei, care poate fi văzută deplasându-se în diferite regiuni pe diagrama HR pe măsură ce evoluează. Aceasta dezvăluie adevărata putere a diagramei HR – astronomii pot cunoaște structura internă și stadiul evoluției unei stele pur și simplu determinând poziția acesteia în diagramă.

Diagrama Hertzsprung-Russell diferitele etape ale evoluției stelare. De departe cea mai proeminentă caracteristică este secvența principală (gri), care merge de la stânga sus (stele fierbinți, luminoase) la dreapta jos (stele reci și slabe) ale diagramei. Ramura gigantică și stelele supergigante se află deasupra secvenței principale, iar piticele albe se găsesc sub ea.
Credit: R. Hollow, CSIRO.

Această diagramă Hertzsprung-Russell arată un grup de stele în diferite stadii ale evoluției lor. De departe cea mai proeminentă caracteristică este secvența principală, care merge de la stânga sus (stele fierbinți, luminoase) la dreapta jos (stele reci, slabe) ale diagramei. Ramura uriașă este, de asemenea, bine populată și există multe pitici albi. De asemenea, sunt reprezentate clasele de luminozitate Morgan-Keenan care disting între stele cu aceeași temperatură, dar luminozitate diferită. – >
Există 3 regiuni principale (sau etape evolutive) ale diagramei HR:

1. Secvența principală care se întinde din stânga sus (fierbinte, luminoasă) stele) în dreapta jos (stele reci și slabe) domină diagrama HR. Aici stelele își petrec aproximativ 90% din viață arzând hidrogen în heliu din nucleele lor. Stelele secvenței principale au o clasă de luminozitate Morgan-Keenan etichetată V.
2. Stelele roșii gigant și supergigante (clasele de luminozitate I până la III) ocupă regiunea de deasupra secvenței principale. Au temperaturi de suprafață scăzute și luminozități ridicate ceea ce, conform legii Stefan-Boltzmann, înseamnă că au și raze mari. Stelele intră în această etapă evolutivă odată ce au epuizat combustibilul cu hidrogen din nucleele lor și au început să ardă heliu și alte elemente mai grele.
3. Stelele pitice albe (clasa de luminozitate D) sunt stadiul final al evoluției de la scăzut la intermediar stele de masă și se găsesc în stânga jos a diagramei HR. Aceste stele sunt foarte fierbinți, dar au luminozități reduse datorită dimensiunilor lor mici.

Soarele se găsește pe secvența principală cu o luminozitate de 1 și o temperatură de aproximativ 5.400 Kelvin.
Astronomii folosesc în general diagrama HR fie pentru a rezuma evoluția stelelor, fie pentru a investiga proprietățile unei colecții de stele. În special, trasând o diagramă HR pentru un grup globular sau deschis de stele, astronomii pot estima vârsta grupului de unde stelele par să dezactiveze secvența principală (a se vedea intrarea din secvența principală pentru cum funcționează aceasta).