恒星发光发热的源泉是由氢原子核转变为氦原子核的核聚变反应，维持核反应的阶段就是恒星的壮年期，天文学上称为“主序星”阶段。质量不同的恒星维持核反应的时间大不一样，大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比小质量恒星快得多，因此其生命历程相对来说要短得多。比如，质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍和0·2倍的恒星，处于主序阶段的时间分别为1000万年、7000万年、100亿年和1万亿年。太阳现在的年龄为46亿多年，所以太阳在主序阶段已经过去了一小半的时间，还要过50亿年才会转到另一个演化阶段。
当恒星中心温度达到700万度以上时，开始核聚变反应，恒星停止收缩，形成了正常的恒星，进入了主序星阶段。主序星阶段占恒星一生寿命的90％，是恒星最稳定的阶段，类似于人类的青中年时期。主序星内部的化学成分基本相同，产生能量的机制也基本相同，都是由氢原子核转变成氦原子核产生能量。
主序星的稳定性只是相对的。太阳从整体说来，是一个很稳定的恒星，它在进入主星序以来的40多亿年中，光度没有什么变化。如果有过较大变化的话，这一定会在地球上反映出来。但是，太阳上局部区域在一定时期内会出现很大的变动，这就是太阳活动。太阳活动的规模、释放的能量比地球上最猛烈的台风和最猛烈的火山爆发都要大得多，但却没有大到足以影响整个太阳的程度。
有些早型主序星也会不稳定，例如，它们可以由于某种原因而长时间地抛射大量物质，成为沃尔夫一拉叶星或天鹅P型星。自转很快的B型主序星会在赤道区抛射物质，形成一个环绕恒星旋转的星云环。由于环里发生发射线，它们被叫做B型发射星。一般的B型主星序在光学波段只有吸收线，没有发射线。