Et viktig skritt for å visualisere stjernenes ulike typer og egenskaper ble uavhengig av hverandre utført av Ejnar Hertzsprung og Henry Norris Russell i 1913; Hertzsprung-Russell diagrammet. Senere varianter ble utviklet for å forklare den dynamiske utviklingen hos stjernene. Samtidig ble det gjort store fremskritt innen kvantemekanikken slik at ulike fenomener av stjernenes spekter kunne forklares. Dermed kunne en også med presisjon fastslå den kjemiske sammensetningen i stjernenes atmosfære.