短暂的主序前阶段是连接星际云和年轻恒星的纽带。尽管对于非常年轻的星体已经掌握了丰富的观测资料，但恒星形成的理论研究仍然是发展中的学科。根据观测，星际存在稠密、低温的分子云，各种各样不稳定性联合作用导致它分裂成块且使得气体坍缩成恒星尺度的小块实体（原恒星）。当不透明度增加产生的压力与引力相平衡，并达到流体静力学平衡时，上述过程发生。该过程非常短暂，且唯一能源是引力坍缩。这时的原恒星又冷又红，但半径却延伸得很大，因此光度很大。此时恒星的收缩减慢，但会一直持续下去直到中心温度升高到能触发核反应。恒星这时完全处于对流状态，一些轻元素如氢、锂等开始点火燃烧。位于主序右边的金牛座T型星与恒星的主序前演化相联系，它们的表观状态十分复杂。从该阶段到氢稳定燃烧的主序要花费几百万年。

恒星最早期阶段所满足的物理条件与那些已发现的足够热的恒星中的物理条件很不相同。恒星结构和演化规律不能用来精确处理重要的早期阶段的问题，如原恒星的动力学坍缩。为说明恒星形成过程理论上的困难，先从角动量问题开始。假设要在星际物质的球状团块中形成一颗恒星，平均密度取为1个氢原子/厘米³，需要半径为2.5秒差距（7.8×10¹³千米）的球来包含一个太阳质量的星际物质。因为云块必定要参与银河系整体的旋转，它就有10^-15秒^-1的固有角速度，因此总的角动量为5×10⁵⁵克·厘米²/秒。如果要将这块云坍缩到恒星的尺度（将半径减小8个量级）并在这一过程中保持角动量守恒，则旋转速率就会超过每秒10圈。这样云块在坍缩到恒星尺度之前就已经碎裂。换句话说，单位质量星际介质的角动量超过了恒星中角动量值几个量级。因此原恒星坍缩模型要求包括角动量损失的机制，如跟磁场的联系、盘的增大和其他一些在恒星演化计算中竭力想避免的麻烦问题。因为原恒星从很大的半径向内坍缩，它一开始将表现为一种非常明亮的冷的天体。星体中唯一能源是通过收缩释放的引力能，在这一阶段，半径改变的时标是开尔文-亥姆霍兹时标：

因为总亮度高，原恒星内部吸积的流体静力学模型就是对流。对于完全对流的星体，如果温度下降到某一个值就不可能建立一个流体静力学模型。因此在赫罗图上存在一个“禁区”。对于给定质量的星，这个“禁区”的边界几乎垂直于横坐标。因此当一颗星收缩，它将大致保持常温而沿着禁区的边界线（即所谓的“林中四郎线”）演化。最后收缩的原恒星光度下降，中心温度升高，内部能够发生辐射。进一步地演化导致有效温度的增加和演化时标的逐渐加长。最后如果星体的质量超过了0.1M_⊙，中心温度和密度达到发生氢聚变为氦热核反应所需要的值，核反应成为主要的能源，这时星体便进入了主序。这种主序前的演化轨迹沿着一种仍然处于从收缩到主序演化过程中的星体——金牛座T型星的观测位置。演化从右上方（冷的温度）到主序，恒星按质量大小从赫罗图左上角到右下角排列于主序上相应的位置，大质量星在左上角（见主序星）。