HR-dijagram (Hertzsprung-Russellov dijagram [hε'ɹdsbruŋ rʌ'səl~]), grafički prikaz ovisnosti snage zračenja, sjaja zvijezda, odnosno njihovih apsolutnih magnituda, o površinskoj temperaturi, odnosno indeksu boje. Sastavili su ga 1911., neovisno jedan o drugome, Ejnar Hertzsprung i Henry Norris Russell. Na x osi nanesene su temperature od 40 000 do 2500 K, a na y osi, u logaritamskoj ljestvici, nanesen je sjaj zvijezda od sto tisuća puta slabijeg od Sunčeva, do milijun puta jačeg. U dijagram se uvrštavaju samo zvijezde poznate udaljenosti, a Sunce, prosječna zvijezda, nalazi se u središtu.
Iz HR-dijagrama može se očitati i promjer zvijezda. Zvijezda niske površinske temperature može biti sjajna samo ako je velika, a zvijezda visoke površinske temperature može imati mali sjaj samo ako je mala. Prema Stefan-Boltzmannovu zakonu ukupna je snaga zračenja idealnoga crnog tijela razmjerna četvrtoj potenciji njegove apsolutne temperature: L = SσT4, a kako je površina kugle S = 4πR², onda je polumjer zvijezde 
, gdje je L sjaj zvijezde, T površinska temperatura zvijezde, σ Stefan-Boltzmannova konstanta (σ = 5,67 × 10–7Wm–2K–4).
HR-dijagram je osnovno vizualno sredstvo za uspoređivanje površinskih svojstava zvijezda, a ona odražavaju masu, kemijski sastav, starost i unutrašnju zvjezdanu građu. U dijagramu se razlikuju glavni niz u kojem se nalazi 90% vidljivih zvijezda: modri divovi (sjajne i vruće zvijezde), prosječne žute zvijezde poput Sunca i crveni patuljci (slaba sjaja i niske temperature), niz crvenih divova i superdivova (sjajne zvijezde niske temperature) i nizovi bijelih patuljaka i subpatuljaka (zvijezde malog sjaja i visoke temperature).
HR-dijagram je omogućio lakše razumijevanje razvoja zvijezda. Zvijezda na glavni niz dospijeva neposredno nakon nastanka, čim u jezgri počne izgarati vodik. Tijekom boravka na glavnom nizu zvijezda je vrlo stabilna. Na kojem će mjestu na glavnom nizu zvijezda biti i koliko će dugo ostati ovisi o njezinoj masi. Što joj je masa veća, temperatura će joj biti viša, sjaj veći i brže će raspoloživi vodik pretvoriti u helij. Primjerice Sunce će se na glavnom nizu zadržati približno 10 milijardi godina. Modri divovi zrače i do 1 000 000 puta jače nego Sunce i jednako toliko puta brže troše svoje zalihe goriva, a crveni patuljci zrače 1000 puta slabije, sporije troše svoje zalihe goriva i najduže jednoliko sjaju. Čim u jezgri zvijezde nestane vodika, ona napušta glavni niz. Zvijezde mase manje od polovice Sunčeve mase postupno se hlade i smanjuju. Zvijezde mase poput Sunčeve i veće premjestit će se u područje crvenih divova i superdivova, a kad otpušu vanjski sloj prijeći će u područje bijelih patuljaka. Najmasivnije zvijezde mogu postati neutronske zvijezde ili crne rupe, ali one se ne nalaze na HR-dijagramu.
