1. Kärnfusion av väte: Huvudsekvensstjärnor definieras av processen som sker i deras kärna:fusionen av väte till helium. Denna process frigör enorma mängder energi, vilket är det som får stjärnorna att lysa.

2. stabil jämvikt: Huvudsekvensstjärnor är i ett tillstånd av hydrostatisk jämvikt. Detta innebär att det yttre trycket från kärnfusion i kärnan perfekt balanserar tyngdtrycket. Denna jämvikt gör det möjligt för stjärnan att behålla sin storlek och temperatur för en betydande del av dess liv.

3. Luminositet och temperaturförhållande: Det finns ett direkt samband mellan massa, ljusstjärnor och yttemperatur för huvudsekvensstjärnor. Mer massiva stjärnor är hetare och ljusare. Detta förhållande fångas i HertzSpung-russell-diagrammet, som visar ett tydligt band med huvudsekvensstjärnor baserat på deras egenskaper.