以恒星光度为纵轴，越亮的恒星越在图中的上端。以恒星表面温度和光谱为横轴，恒星温度越高，就越靠近左侧。这就是著名的赫罗图。从图中可以看出，大部分的恒星，从蓝超巨星到红矮星，都集中在一条对角线条带上。这就是主星序。90%的恒星一生都会在主星序上度过。位列主星序上的恒星被称为主序星。太阳就是主序星。

主星序（main sequence）是赫罗图上位于对角线的曲线，绝大部分的恒星都坐落在这个范围上，在这个区域内的恒星被称为主序星或矮星，其中则以红矮星的温度最低。这条线是非常明显的，因为只要氢核聚变持续在进行，恒星光谱类型与亮度都与恒星的质量有直接的关联，而且恒星的一生也几乎都花费在这个阶段上。

需要注意的是，即使在理想的观测下，主序带还是会有些模糊不清，因为不单只有质量这一项参数，化学组成相关的演化状况也会略微改变恒星在主序带上的位置。明确的说，有些金属贫乏的恒星（次矮星），位置就在主序带的下方，一样进行着氢的核聚变，但在主星序的下端就会因为化学组成而造成混淆不清的状况。

天文学家有时会提到“零龄主星序”(ZAMS)，这是由电脑计算所得的曲线，标示的是恒星开始氢的核聚变时，它的亮度与表面温度，而典型的恒星会随著年龄开始增加表面温度与亮度。当恒星诞生时会进入主星序，濒临死亡前就会离开主星序。

有一种被称为蓝离散星的特殊恒星，一般的恒星在同样的年龄理应开始演化并脱离主星序，但它可以通过与其他恒星合并，“抢夺”核燃料的方式，延长停留在主星序上的时间。