Các nhà khoa học sử dụng nhiệt độ của một ngôi sao để phân loại nó thành một trong bảy nhóm chính được gọi bằng các chữ cái O, B, A, F, G, K và M, theo thứ tự giảm dần. Trong các nhóm đó, các ngôi sao nhận được một số phân loại dựa trên nhiệt độ của chúng so với các ngôi sao khác trong cùng một nhóm. Một phân loại bổ sung biểu thị độ sáng của ngôi sao thông qua chữ số La Mã giữa I và VIII.
Ngoài sự thay đổi nhiệt độ, các ngôi sao trong các phân loại khác nhau cũng hiển thị các thuộc tính màu sắc, khối lượng, bán kính và độ sáng khác nhau. Các ngôi sao trong phân loại nóng nhất, O, thường có màu xanh lam và đo trên 53.000 độ F. Di chuyển xuống thang phân loại, các màu đi từ xanh lam sang trắng rồi vàng sang cam sang đỏ. Do sự biến đổi màu sắc, các ngôi sao trong phân loại M còn được gọi là sao khổng lồ đỏ hoặc sao lùn.
Bắt đầu từ cuối thế kỷ 20, các nhà khoa học đã đưa ra các phân loại bổ sung cho các ngôi sao để mô tả các loại mới được xác định, chẳng hạn như sao gạch chéo, sao lùn mêtan, sao lùn nâu, sao cacbon, sao lùn trắng, sao neutron, sao ngoại lai và sao đen hố. Loại sao phổ biến nhất trong Dải Ngân hà là sao lùn đỏ, được phân loại dưới M. Mặt trời của Trái đất được phân loại là sao G2V.
