確定恆星的溫度是天體物理學最重要的課題之一。實測只能獲得恆星大氣層的溫度，內部溫度則必須透過理論分析來估算。關於恆星的溫度有許多不同的定義,用得最多的是有效溫度Tθ,即與恆星具有同樣總輻射流F和同樣半徑的絕對黑體的溫度。一般可認為它代表恆星光球層的溫度，實際上這種溫度應看作是各個層次的某種平均溫度。它可以根據斯忒藩公式F=σT挮推求出來,其中σ =5.67×10-5爾格/(秒·釐米2·度4),是斯忒藩-玻耳茲曼常數。由於地球大氣和儀器均存在嚴重的吸收及其他問題,恆星總輻射流F很難求得,所以Tθ也難求出。有時，可用公式 lgTθ=lgT嫯-0.1ΔMV+0.1Δ(BC)-0.5lg(θ/θ嫯)來計算Tθ。式中T嫯和θ嫯分別為太陽的有效溫度和角直徑，△Mv和△(BC)分別為恆星與太陽的絕對目視星等(見星等)的差和熱改正的差，θ為恆星的角直徑。

由於Tθ不易測定,所以還要定義下列幾種溫度:

① 色溫度Tc是一定波段內的連續譜形狀與恆星相同的絕對黑體的溫度。

② 梯度溫度或特徵溫度Tg是給定波長λ處的絕對梯度 與恆星在同一波長處的絕對梯度相等的絕對黑體的溫度。其中C2=1.4398釐米·度，E(λ)為恆星在λ處的能量分佈。

④ 亮溫度Tb，又稱黑體溫度，是在任何波長λ單位面積、單位時間內輻射流量與恆星相同的絕對黑體的溫度。

⑤ 激發溫度或電離溫度是根據恆星大氣中同一元素的不同激發態的譜線(或同一元素的不同電離級的譜線)的強度比與恆星大氣的溫度相關性來確定的溫度。由於恆星光譜正是根據光譜中吸收線的種類和譜線強度比來分類的，所以可直接由光譜型來確定這種溫度(不過譜線的強度比還與恆星的大氣壓力有關)。

⑥ 動力學溫度Tk是根據恆星大氣中質量為m的質點的平均動能來定義的溫度，其中堹為質點的均方根速度,k=1.38×10-16爾格/度為玻耳茲曼常數。

在上述各種溫度中，Tc和Tg最容易求得。如果知道了恆星大氣中的連續吸收係數，就可求出各種溫度之間的互換關係。可以看出，恆星的溫度與其光譜型有直接的聯絡，因此光譜分類中的光譜型又常叫作溫度型(見恆星光譜分類、恆星光譜)。知道恆星的光譜型便可大致地估計出它的溫度。

o型，顏色藍色，表面溫度25000-40000k；B型，藍白星，表面溫度12000-25000k；A型，顏色白色，表面溫度7700-11500k；F型，黃白星，表面溫度6100-7600k；G型，顏色黃色，表面溫度5000-6000k；K型，紅星，表面溫度3700-4900k；M型，顏色紅色，表面溫度2600-3600k。