恆星內部結構研究理論方法是依據天文觀測所得到的恆星參量(質量、光度、半徑、表面溫度和化學組成等數據)和利用物理定律探討恆星內部物理狀態的科學方法。主要研究課題有：①恆星內部溫度、密度、壓力等物理參量沿半徑方向的分布;②恆星內部的化學組成和元素分布的狀況;③恆星發光的能源和能量傳輸的過程;④恆星內部演化規律的探索等。恆星可視為相當穩定的熾熱氣體球，並可假定處於流體靜力學平衡狀態，其壽命在幾百萬年到上百億年之間。
把已知的物理參量(質量、半徑等)作為邊界條件，利用數值積分方法可建立起恆星內部結構模型。例如，太陽是距地球最近的一顆恆星，利用已建立的太陽內部結構模型，求解出太陽中心的溫度是1.5×107K，中心密度為160克/厘米3。由於問題本身非常複雜，根據不同模型所得到的計算結果，可相差若10%。恆星內部結構理論能說明赫羅圖上恆星的分布和演化以及化學元素的合成和演化;還可以闡明各種星團赫羅圖的意義，確定它們的年齡和距離;總之，在解決恆星的起源和演化這一課題中能起很大作用。不過，由於問題的複雜性，不僅在理論上必須採用若干簡化假設，而且在數值計算中又不得不作出某些近似估算，因而研究結果往往帶有一定程度的不確定性。
