Il diagramma Hertzsprung-Russell, in genere abbreviato in diagramma H-R (dal nome dei due astronomi, Ejnar Hertzsprung e Henry Norris Russell, che verso il 1910 lo idearono indipendentemente) è uno "strumento" teorico che mette in relazione la temperatura efficace (riportata in ascissa) e la luminosità (riportata in ordinata) delle stelle. Nel diagramma la temperatura efficace Te aumenta spostandosi verso sinistra lungo l'ascissa mentre la luminosità cresce salendo lungo l'ordinata. Le due grandezze sono quantità fisiche che dipendono strettamente dalle caratteristiche intrinseche della stella (massa, età e composizione chimica), non sono misurabili direttamente dall'osservatore, ma possono essere derivate attraverso modelli fisici.
Poiché esistono legami tra la temperatura efficace di una stella e il suo indice di colore, e tra la luminosità della stessa e la sua magnitudine apparente (o assoluta), è possibile ottenere una "versione osservativa" del diagramma H-R detta diagramma colore-magnitudine, che mette in relazione due quantità misurabili direttamente dall'osservatore: il colore della stella e la sua magnitudine. La relazione tra temperatura-indice di colore e luminosità-magnitudine assoluta comporta che nel cosìddetto diagramma colore-magnitudine la magnitudine decresce lungo l'ordinata (al contrario della luminosità) mentre l'indice di colore aumenti verso destra (a differenza della temperatura efficace) lungo l'ascissa. L'esatta trasformazione da diagramma H-R a diagramma colore-magnitudine non è comunque semplice e dipende da fattori osservativi e teorici: distanza, età, composizione chimica, gravità superficiale e struttura interna e atmosferica della stella.
