Спектры звезд крайне разнообразны. Почти все они — спектры поглощения. Это результат поглощения света во внешних оболочках звезд. Изучение спектров позволяет определить химический состав атмосфер звезд.
В атмосферах всех звезд преобладающими являются водород и гелий. Характер спектров звезд зависит от температур и давлений в их атмосферах. При низких температурах газы могут существовать в виде молекул. Высокая температура разрушает молекулы на составные части — атомы. При еще более высокой температуре разрушаются менее прочные атомы, они превращаются в ионы, теряя электроны. Ионизированные атомы излучают и поглощают не те длины волн, которые излучают и поглощают нейтральные атомы. Путем сравнения интенсивности линий атомов и ионов одного и того же химического элемента теоретически определяют отношение чисел этих атомов. Оно является функцией температуры. Так по темным линиям спектров звезд можно определить температуру их атмосфер. Это дополняет возможность определения температур звезд по распределению энергии в их непрерывном спектре и по изменению получаемого от них тепла на Земле.
Спектры звезд разделены на классы, обозначаемые латинскими буквами и цифрами.
Цвет и спектр звезд связан с их эффективной температурой. В спектре красных звезд красные лучи ярче. Температура красных звезд низкая. Она растет последовательно при переходе от красных звезд к оранжевым, затем к желтым, желтоватым, белым и голубоватым. В такой последовательности меняется цвет накаляемого тела. В спектрах холодных красных звезд типа М с температурой около 3000° видны полосы поглощения простейших двухатомных молекул, чаще всего окиси титана. В спектрах других красных звезд преобладает окись углерода или циркония. Красные звезды первой величины типа М — Антарес, Бетельгейзе.
В спектрах желтых звезд типа G0, к которым относится и Солнце (с температурой 6000° на поверхности), преобладают тонкие линии нейтральных металлов — железа, кальция, натрия и др. Звездой типа Солнца по спектру, цвету и температуре является яркая Капелла в созвездии Возничего.
В спектрах белых звезд типа A0, как Сириус, Вега и Денеб, наиболее сильны линии водорода. Есть много слабых линий ионизованных металлов. Температура таких звезд около 10 000°.
В спектрах наиболее горячих, голубоватых звезд с температурами около 30 000° видны линии нейтрального и ионизированного гелия. Температуры большинства звезд заключены в пределах от 3000 до 30 000°. У немногих звезд встречаются температуры около 100 000°.