Dauguma žvaigždžių patenka į kategorijų klasę, vadinamą pagrindine seka, dar vadinamą nykštukinėmis žvaigždėmis. Standartinėje diagramoje, vaizduojančioje žvaigždžių spalvą pagal dydį, žinomą kaip Hertzsprung-Russell diagrama, pagrindinės sekos žvaigždės sudaro nuoseklią kreivę, skirtingai nuo kitų kategorijų – baltųjų nykštukų, submilžinų, milžinų, ryškių milžinų ir supergigantų. Nors juodosios skylės, kurios yra gravitaciškai subyrėjusios žvaigždės, paprastai neįtraukiamos į diagramą, gali būti laikomos taškais diagramoje, kurių šviesumas yra nulinis ir kurių spektrinis parašas yra 0° K.
Priežastis, kodėl pagrindinės sekos žvaigždės patenka į nuspėjamą kreivę, yra ta, kad jų šviesumą ir spektrinius parašus lemia tik jų masė, kuri svyruoja nuo 0.08 iki maždaug 158 Saulės masių. Baltosios nykštukės, žvaigždės, kurios išnaudojo branduolinį kurą, turi panašius spektrinius ženklus kaip pagrindinės sekos žvaigždės, bet daug mažesnį šviesumą. Taip yra todėl, kad jie nesulydo elementų arba neturi nuolatinio energijos šaltinio – jų šviesumas ir šiluma lieka. Tikimasi, kad per milijardus metų baltosios nykštukės atvės ir taps juodosiomis nykštukais arba negyvais žvaigždžių gaubtais. Tačiau nė vienas baltasis nykštukas dar negyveno pakankamai ilgai, kad tai įvyktų.
Pagrindinės sekos žvaigždės skirstomos į keletą kategorijų: rudosios nykštukės, kurių Saulės masė yra tik apie 0.08, iš esmės yra dideli Jupiteriai, kurių branduoliuose vyksta silpnos sintezės reakcijos; raudonieji nykštukai yra šiek tiek karštesni ir energingesni, jų masė didesnė; Po jų seka geltonosios nykštukės, labai dažnos žvaigždės, kurių pavyzdys yra mūsų Saulė.
Kai žvaigždės sudegina visą savo branduolinį kurą vandenilio pavidalu, jos pradeda lydyti helią. Kadangi senos žvaigždės pradeda kurti vientisą šerdį iš susiliejusios medžiagos, stiprios gravitacinės jėgos šerdies perimetre suspaudžia aukščiau esančius dujų sluoksnius, pagreitindamos susiliejimą ir padidindamos žvaigždės šviesumą bei dydį. Per šį vystymosi kelią nykštukinės žvaigždės tampa milžinais. Priklausomai nuo masės, jie galiausiai subyra į baltąsias nykštukes, neutronines žvaigždes arba juodąsias skyles. Masyvesnės žvaigždės sukelia supernovas, kurios yra didžiuliai energijos pliūpsniai, kurie išsiskiria, kai žvaigždės branduolyje nutrūksta sintezė, o dujų sluoksniai stipriai trinasi į kitą galutinio griūties metu.