La luminosité est la quantité totale d'énergie qu'une étoile rayonne par unité de temps. C'est une propriété intrinsèque, indépendante de la distance. La luminosité du Soleil est d'environ 3,8 × 10²⁶ watts. C'est l'unité standard utilisée par les astronomes, appelée luminosité solaire.

La luminosité d'une étoile dépend de sa taille et de sa température. Une grande étoile chaude est bien plus lumineuse qu'une petite étoile froide. Cette luminosité est approximativement proportionnelle au carré du rayon multiplié par la quatrième puissance de la température. C'est pourquoi une supergéante rouge comme Bételgeuse, froide mais immense, brille des millions de fois plus qu'une naine blanche chaude.

La luminosité est différente de la clarté. La clarté correspond à la quantité de lumière qui nous parvient et dépend de la distance. Une étoile lumineuse éloignée peut paraître faible. Une étoile faible proche peut paraître brillante. Les astronomes utilisent la loi de l'inverse du carré de la distance pour convertir entre les deux. Si la distance est doublée, la luminosité apparente est divisée par quatre.

Mesurer la luminosité est essentiel pour comprendre les étoiles. Cela nous renseigne sur la vitesse à laquelle elles consomment leur carburant, sur leur durée de vie et sur la manière dont elles mourront. C'est aussi la clé de l'échelle des distances cosmiques, car connaître la luminosité réelle d'une étoile permet de calculer sa distance.