La mayoría de las estrellas pertenecen a una clase de categorización llamada secuencia principal, también conocida como estrellas enanas. En un gráfico estándar que representa el color de las estrellas frente a la magnitud, conocido como diagrama de Hertzsprung-Russell, las estrellas de la secuencia principal forman una curva coherente, a diferencia de las otras categorías: enanas blancas, subgigantes, gigantes, gigantes brillantes y supergigantes. Aunque generalmente no se incluyen en el gráfico, los agujeros negros, que son estrellas colapsadas gravitacionalmente, podrían considerarse puntos en el gráfico con luminosidad cero y una firma espectral de 0 ° K.
La razón por la que las estrellas de la secuencia principal caen en una curva predecible es porque su luminosidad y firmas espectrales están dictadas únicamente por su masa, que varía de 0.08 a aproximadamente 158 masas solares. Las enanas blancas, estrellas que han agotado su combustible nuclear, tienen firmas espectrales similares a las de las estrellas de la secuencia principal, pero mucha menos luminosidad. Esto se debe a que no fusionan elementos ni tienen una fuente continua de energía; su luminosidad y calor son sobrantes. En el transcurso de miles de millones de años, se espera que las enanas blancas se enfríen y se conviertan en enanas negras, o cascos estelares sin vida. Sin embargo, ninguna enana blanca ha existido el tiempo suficiente para que esto suceda todavía.
Las estrellas de la secuencia principal se dividen en varias categorías: las enanas marrones, con solo alrededor de 0.08 masas solares, son básicamente Júpiter de gran tamaño con reacciones de fusión débiles en sus núcleos; las enanas rojas son ligeramente más calientes y enérgicas, con mayor masa; a estas les siguen las enanas amarillas, estrellas muy comunes de las que nuestro Sol es un ejemplo.
Cuando las estrellas queman todo su combustible nuclear en forma de hidrógeno, comienzan a fusionar helio. Debido a que las estrellas viejas comienzan a construir un núcleo sólido de material fusionado, las poderosas fuerzas gravitacionales en el perímetro del núcleo comprimen las capas de gas de arriba, acelerando la fusión y aumentando la luminosidad y el tamaño de una estrella. A través de esta ruta de desarrollo, las estrellas enanas se convierten en gigantes. Dependiendo de su masa, eventualmente colapsan en enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros. Las estrellas más masivas causan supernovas, que son enormes explosiones de energía que escapan cuando cesa la fusión en el núcleo estelar y las capas de gas se frotan vigorosamente contra otras durante el colapso final.