O diagrama de Hertzsprung-Russell é uma das ferramentas mais importantes da astrofísica. Representa as estrelas de acordo com a sua luminosidade no eixo vertical e a sua temperatura ou tipo espectral no eixo horizontal. Quando os astrónomos começaram a representar as estrelas desta forma, no início do século XX, descobriram padrões que revelaram como as estrelas nascem e morrem.

A maioria das estrelas alinha-se numa faixa diagonal chamada sequência principal. Estas estrelas fundem hidrogénio em hélio nos seus núcleos. O Sol é uma estrela da sequência principal. Acima e à direita estão as gigantes vermelhas e as supergigantes, estrelas que esgotaram o hidrogénio nos seus núcleos e se expandiram. Abaixo e à esquerda estão as anãs brancas, os restos arrefecidos de estrelas mortas.

O diagrama é também um mapa evolutivo. A posição de uma estrela no diagrama indica a sua idade, massa e fase de vida. À medida que uma estrela evolui, move-se pelo diagrama de formas previsíveis. A sequência principal é onde as estrelas passam a maior parte das suas vidas. Os ramos gigantes são para onde elas vão quando o seu combustível se esgota.

O diagrama HR foi desenvolvido independentemente por Ejnar Hertzsprung e Henry Norris Russell por volta de 1910. Continua a ser uma ferramenta fundamental para a compreensão das populações estelares e da história das galáxias.