A cor da estrela está intimamente relacionada com a temperatura da superfície da estrela. De acordo com a lei de deslocamento de Wien, o comprimento de onda do pico de emissão de um corpo negro é inversamente proporcional à sua temperatura. No contexto das estrelas, as estrelas mais quentes emitem mais energia em comprimentos de onda mais curtos, aparecendo em azul ou branco, enquanto as estrelas mais frias emitem mais energia em comprimentos de onda mais longos, aparecendo em laranja, vermelho ou mesmo infravermelho.

A relação entre a cor e a massa da estrela é determinada principalmente pela luminosidade da estrela e pela temperatura efetiva. Em geral, estrelas mais massivas são mais luminosas e têm temperaturas superficiais mais altas. Isto ocorre porque estrelas mais massivas têm uma força gravitacional mais forte, fazendo com que seus núcleos sejam mais densos e mais quentes. Como resultado, produzem mais energia através de reações de fusão nuclear e emitem mais luz.

Portanto, quanto maior a massa de uma estrela, mais quente e azul ela tende a ser. Por exemplo, as estrelas do tipo O e do tipo B são muito massivas e quentes, emitindo principalmente luz azul. Por outro lado, as estrelas do tipo M são as menos massivas e mais frias, aparecendo em vermelho ou laranja.

O diagrama Hertzsprung-Russell (diagrama HR) ilustra visualmente a relação entre a cor da estrela, massa e outras propriedades estelares. No diagrama H-R, as estrelas são plotadas de acordo com sua luminosidade no eixo vertical e sua temperatura efetiva no eixo horizontal. As diferentes regiões do diagrama correspondem a diferentes tipos de estrelas com base na sua cor e massa.

É importante notar que embora a cor da estrela seja influenciada principalmente pela temperatura, outros factores podem afectar a cor observada, tais como a idade da estrela, a composição química e a presença de poeira e gás no ambiente circundante.