Biểu đồ Hertzsprung-Russell là một trong những công cụ quan trọng nhất trong vật lý thiên văn. Nó biểu diễn các ngôi sao theo độ sáng trên trục tung và nhiệt độ hoặc loại quang phổ trên trục hoành. Khi các nhà thiên văn học bắt đầu biểu diễn các ngôi sao theo cách này vào đầu thế kỷ 20, họ đã tìm thấy những quy luật hé lộ cách các ngôi sao sống và chết.

Hầu hết các ngôi sao nằm dọc theo một dải chéo được gọi là dãy chính. Đây là những ngôi sao đang tổng hợp hydro thành heli trong lõi của chúng. Mặt Trời là một ngôi sao thuộc dãy chính. Phía trên và bên phải là các sao khổng lồ đỏ và siêu khổng lồ, những ngôi sao đã cạn kiệt hydro trong lõi và giãn nở. Phía dưới và bên trái là các sao lùn trắng, tàn dư nguội lạnh của các ngôi sao đã chết.

Sơ đồ này cũng là một bản đồ tiến hóa. Vị trí của một ngôi sao trên sơ đồ cho biết tuổi, khối lượng và giai đoạn sống của nó. Khi một ngôi sao tiến hóa, nó di chuyển trên sơ đồ theo những cách có thể dự đoán được. Dãy chính là nơi các ngôi sao trải qua phần lớn cuộc đời của chúng. Các nhánh khổng lồ là nơi chúng đi đến khi cạn kiệt nhiên liệu.

Biểu đồ HR được Ejnar Hertzsprung và Henry Norris Russell phát triển độc lập vào khoảng năm 1910. Nó vẫn là một công cụ nền tảng để hiểu về quần thể sao và lịch sử của các thiên hà.