主序星在可显示恒星演化过程的赫罗图上，是分布在由左上角至右下角，被称为主序带上的恒星。
主序带是以颜色相对于光度绘图成线的一条连续和独特的恒星带。这个色-光图就是后来埃希纳·赫茨普龙和亨利·诺利斯·罗素合作发展出来，著名的赫罗图。在这条带子上的恒星就是所谓的主序星或"矮星"。
恒星形成之后，它在高热、高密度的核心进行核聚变反应，将氢原子转变成氦，并且创造出能量。在这个生命期阶段的恒星，座落在在主序带上的位置主要是依据它的质量，但化学成分和其它的因素也有一些关系。所有的主序星都处于流体静力平衡状态，它来自炙热核心向外膨胀的热压力与来自外围包层向内挤压的重力压维持着平衡。在核心温度和压力与能量孳生率有着强烈的相关性，并有助于维持平衡。在核心孳生的能量传递到表面经由光球辐射出去。能量经由辐射或对流传递，而后著在其区域内会产生阶梯状的温度梯度，更高的透明度，或两者均有。
基于恒星产生能量的主要过程，主序带有时会被分成上段和下段。质量大约在1.5太阳质量以内的恒星，将氢聚集融合成氦的一系列主要程序称为质子-质子链反应。超过这个质量在主序带的上段，核融合主要是使用碳、氮、和氧原子，经由碳氮氧循环的程序，将氢原子转变成氦。质量超过太阳10倍的主序星在核心区域会产生对流，这样的活动绘激发新创建的氦外移，并维持发生核融合所需要的燃料比例。当核心的对流不再发生时，发展出的富氦核心的外围会被氢包围着。质量较低的恒星，核心的对流区会逐步的缩小，大约在2太阳质量附近，核心的对流区就会消失。在这个质量以下，恒星的核心只有辐射，但是在接近表面会有对流。随着恒星质量的减少，对流的包层会增加，质量低于0.4太阳质量的主序星，全部的质量都在对流。
通常，质量越大的恒星在主序带上的生命期越短。当在核心的核燃料已被耗尽之后，恒星的发展会离开赫罗图上的主序带。这时恒星的发展取决于它的质量，质量低于0.23太阳质量的恒星直接成为白矮星，而质量未超过10太阳质量的恒星将经历红巨星的阶段；质量更大的恒星可以爆炸成为超新星，或直接塌缩成为黑洞。