As estrelas passam a maior parte das suas vidas na sequência principal. Esta é a fase longa e estável em que uma estrela funde hidrogénio em hélio no seu núcleo. A pressão externa resultante da fusão equilibra a força gravitacional interna, e a estrela brilha continuamente durante milhões ou milhares de milhões de anos. O Sol está na sequência principal há cerca de 4,6 mil milhões de anos e aí permanecerá durante aproximadamente mais 5 mil milhões de anos.

A sequência principal não é um único estado. É uma faixa no diagrama de Hertzsprung-Russell, que vai desde estrelas azuis quentes e brilhantes no canto superior esquerdo até anãs vermelhas frias e ténues no canto inferior direito. A posição de uma estrela nesta gama depende quase inteiramente da sua massa. As estrelas massivas ardem a alta temperatura e velocidade, vivendo apenas alguns milhões de anos. As anãs vermelhas de baixa massa consomem pouco combustível e podem durar triliões de anos.

Quando uma estrela esgota o hidrogénio no seu núcleo, sai da sequência principal. O que acontece a seguir depende da sua massa. Uma estrela como o Sol expande-se e torna-se uma gigante vermelha, depois perde as suas camadas exteriores e transforma-se numa anã branca. Uma estrela massiva expande-se e transforma-se numa supergigante, terminando numa supernova, deixando para trás uma estrela de neutrões ou um buraco negro.

A sequência principal é onde a ação decorre. A maioria das estrelas que consegue ver a olho nu estão lá.