La maggior parte delle stelle rientra in una classe di categorizzazione chiamata sequenza principale, nota anche come stelle nane. In un grafico standard che traccia il colore delle stelle rispetto alla magnitudine, noto come diagramma di Hertzsprung-Russell, le stelle della sequenza principale formano una curva coerente, a differenza delle altre categorie: nane bianche, subgiganti, giganti, giganti brillanti e supergiganti. Sebbene di solito non siano inclusi nella carta, i buchi neri, che sono stelle collassate gravitazionalmente, potrebbero essere considerati punti sulla carta con luminosità zero e una segnatura spettrale di 0° K.
Il motivo per cui le stelle della sequenza principale cadono su una curva prevedibile è perché la loro luminosità e le loro firme spettrali sono dettate esclusivamente dalla loro massa, che varia da 0.08 a circa 158 masse solari. Le nane bianche, stelle che hanno esaurito il loro combustibile nucleare, hanno firme spettrali simili alle stelle della sequenza principale, ma molto meno luminosità. Questo perché non fondono elementi o hanno una fonte continua di energia: la loro luminosità e il loro calore sono tutti residui. Nel corso di miliardi di anni, si prevede che le nane bianche si raffredderanno e diventeranno nane nere, o carcasse di stelle senza vita. Tuttavia, nessuna nana bianca è stata in giro abbastanza a lungo perché ciò accada ancora.
Le stelle della sequenza principale rientrano in diverse categorie: le nane brune, con solo circa 0.08 masse solari, sono fondamentalmente Giove sovradimensionati con deboli reazioni di fusione nei loro nuclei; le nane rosse sono leggermente più calde ed energiche, con massa maggiore; queste sono seguite dalle nane gialle, stelle molto comuni di cui il nostro Sole è un esempio.
Quando le stelle bruciano tutto il loro combustibile nucleare sotto forma di idrogeno, iniziano a fondere l’elio. Poiché le vecchie stelle iniziano a formare un nucleo solido di materiale fuso, le potenti forze gravitazionali sul perimetro del nucleo comprimono gli strati di gas soprastanti, accelerando la fusione e aumentando la luminosità e le dimensioni di una stella. Attraverso questo percorso di sviluppo, le stelle nane diventano giganti. A seconda della loro massa, alla fine collassano in nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri. Le stelle più massicce causano le supernove, che sono enormi esplosioni di energia che sfuggono quando cessa la fusione nel nucleo stellare e gli strati di gas sfregano vigorosamente contro un altro durante il collasso finale.