Diagram Hertzsprunga-Russella jest jednym z najważniejszych narzędzi astrofizyki. Przedstawia on gwiazdy na podstawie ich jasności na osi pionowej oraz temperatury lub typu widmowego na osi poziomej. Kiedy astronomowie zaczęli kreślić gwiazdy w ten sposób na początku XX wieku, odkryli wzorce, które ujawniały, jak gwiazdy żyją i umierają.

Większość gwiazd znajduje się w pasie diagonalnym zwanym ciągiem głównym. Są to gwiazdy, które w swoich jądrach przekształcają wodór w hel. Słońce jest gwiazdą ciągu głównego. Powyżej i po prawej stronie znajdują się czerwone olbrzymy i nadolbrzymy, gwiazdy, które wyczerpały wodór w jądrze i rozszerzyły się. Poniżej i po lewej stronie znajdują się białe karły, stygnące pozostałości po martwych gwiazdach.

Diagram jest również mapą ewolucji. Pozycja gwiazdy na diagramie wskazuje jej wiek, masę i stadium rozwoju. W miarę ewolucji gwiazda porusza się po diagramie w przewidywalny sposób. Ciąg główny to miejsce, w którym gwiazdy spędzają większość swojego życia. Olbrzymie gałęzie to miejsce, do którego trafiają, gdy wyczerpie się ich paliwo.

Diagram HR został opracowany niezależnie przez Ejnara Hertzsprunga i Henry'ego Norrisa Russella około 1910 roku. Nadal stanowi podstawowe narzędzie do zrozumienia populacji gwiazd i historii galaktyk.