1. nuklear fusion af brint: Hovedsekvensstjerner defineres af processen, der sker i deres kerne:fusionen af brint til helium. Denne proces frigiver enorme mængder energi, hvilket er det, der får stjernerne til at skinne.
2. stabil ligevægt: Hovedsekvensstjerner er i en tilstand af hydrostatisk ligevægt. Dette betyder, at det udadvendte pres fra nuklear fusion i kernen perfekt afbalancerer det indre tryk af tyngdekraften. Denne ligevægt giver stjernen mulighed for at opretholde sin størrelse og temperatur for en betydelig del af sin levetid.
3. lysstyrke og temperaturforhold: Der er et direkte forhold mellem massen, lysstyrken og overfladetemperaturen for hovedsekvensstjerner. Flere massive stjerner er varmere og lysere. Dette forhold er fanget i Hertzsprung-Russell-diagrammet, der viser et klart bånd af hovedsekvensstjerner baseret på deres egenskaber.