Применение законов небесной механики к двойным звездам позволяет определить массы звезд, являющихся компонентами таких двойных систем. Если определены также светимости этих звезд, то можно построить диаграмму, но одной оси которой откладывается масса, а по другой — светимость. Расположение звезд главной последовательности (см. «Спектр-светимость» диаграмма) на такой диаграмме показывает четкую зависимость между массой и светимостью: светимость увеличивается пропорционально кубу массы. Другие группы звезд образуют аналогичные диаграммы.
Используя диаграмму «масса—светимость», можно по светимости определять массы одиночных звезд, для которых невозможно получить массу непосредственно из наблюдений.
