Het Hertzsprung-Russell-diagram is een van de belangrijkste instrumenten in de astrofysica. Het zet sterren uit op basis van hun lichtkracht op de verticale as en hun temperatuur of spectraaltype op de horizontale as. Toen astronomen begin 20e eeuw sterren op deze manier begonnen uit te zetten, ontdekten ze patronen die onthulden hoe sterren leven en sterven.

De meeste sterren bevinden zich langs een diagonale band die de hoofdreeks wordt genoemd. Dit zijn sterren die waterstof in hun kern omzetten in helium door middel van kernfusie. De zon is een hoofdreeksster. Boven en rechts bevinden zich rode reuzen en superreuzen, sterren die hun waterstof in de kern hebben verbruikt en zijn uitgezet. Onder en links bevinden zich witte dwergen, de afkoelende overblijfselen van dode sterren.

Het diagram is tevens een evolutiekaart. De positie van een ster in het diagram geeft informatie over zijn leeftijd, massa en levensfase. Naarmate een ster evolueert, beweegt hij zich op voorspelbare wijze door het diagram. De hoofdreeks is het gebied waar sterren het grootste deel van hun leven doorbrengen. De reuzentakken zijn de gebieden waar ze terechtkomen wanneer hun brandstof opraakt.

Het HR-diagram werd onafhankelijk van elkaar ontwikkeld door Ejnar Hertzsprung en Henry Norris Russell rond 1910. Het blijft een fundamenteel instrument voor het begrijpen van sterpopulaties en de geschiedenis van sterrenstelsels.