1. Nucleaire fusie van waterstof: Hoofdvolgorde sterren worden gedefinieerd door het proces dat in hun kern plaatsvindt:de fusie van waterstof in helium. Dit proces geeft enorme hoeveelheden energie vrij, waardoor de sterren schijnen.

2. stabiel evenwicht: Hoofdvolgorde sterren bevinden zich in een staat van hydrostatisch evenwicht. Dit betekent dat de uiterlijke druk van nucleaire fusie in de kern perfect de inwaartse druk van de zwaartekracht in evenwicht houdt. Met dit evenwicht kan de ster zijn grootte en temperatuur gedurende een aanzienlijk deel van zijn levensduur behouden.

3. Luminositeit en temperatuurrelatie: Er is een directe relatie tussen de massa, helderheid en oppervlaktetemperatuur van hoofdreekssterren. Meer massieve sterren zijn heter en helderder. Deze relatie wordt vastgelegd in het Hertzsprung-Russell-diagram, dat een duidelijke band van hoofdvolgorde sterren toont op basis van hun kenmerken.