Le stelle sono classificate in base a due parametri, lo spettro della loro luce e la loro luminosità assoluta.
Il primo parametro, lo spettro, analizza quali frequenze sono presenti nella luce emessa dalla stella, ed è in grado anche di dare informazioni sulla composizione chimica della stella: ad esempio l'elio è stato scoperto per la prima volta analizzando lo spettro del sole, prima che ne fosse rivelata la presenza sulla terra.
L'informazione principale che si deriva dallo spettro è il colore della stella stessa, strettamente collegato alla temperatura superficiale. Un colore rosso (Antares) indica una stella relativamente fredda, per poi proseguire verso stelle di color giallo (ad esempio il sole), poi bianche (Sirio) ed infine stelle blu. Per motivi storici, le stelle vengono suddivise in base allo spettro in classi spettrali definite da lettere: dalle più calde alle più fredde, O B A F G K M. Tradizionalmente, queste lette vengono ricordate tramite le iniziali di questa frase mnemonica inglese "Oh Be A Fine Girl, Kiss Me". Il sole è una stella di classe spettrale G.
Il secondo parametro, la luminosità, è semplicemente la quantità di energia luminosa emessa dalla stella nell'unità di tempo, e viene calcolata a partire dalla sua luminosità apparente e dalla distanza dalla terra.
Disegnando il grafico delle stelle, ponendo in ascissa la loro classe spettrale ed in ordinata, otteniamo un diagramma Hertzsprung-Russell:
E' evidente la linea della "sequenza principale", in cui la maggior parte delle stelle si ritrovano. Questo avviene perché ogni stella passa la maggior parte della propria vita nella sequenza principale.
