在一个n阶方阵(或是n阶行列式)中，从左上角到右下角这一斜线上的n个元素的位置，叫做n阶方阵(或行列式)的主对角线。主对角线的元素满足位置的行索引和列索引相等。如果一个矩阵的主对角线以外的元素全为0，这样的矩阵就称作对角矩阵。而主对角线元素的和，即为矩阵的迹数。

一个n阶方阵的主对角线为所有第k行第k列元素的全体，，即从左上到右下的一条斜线。

与之相对应的称为副对角线或次对角线，为所有第k行第列元素的全体，即从右上到左下的一条斜线。

不止是在n阶方阵中，在比和比例中也常有出现主对角线和副对角线。例如:这时，从左上到右下连一条线与之相重，便有了一条主对角线。相反，若从右上连接至左下，又有了副对角线。这和第一段中提到的是同一个道理。

对于非方阵的主对角线的计算方法是：先找出该矩阵的对称线（主对角线方向），即为主对角线。与主对角线平行。往上为第1条、第2条、、、第n条，往下为第条、条、、、第条。

主对角线为第0条对角线。

对于的矩阵

若, 则主对角线之和

若，则主对角线之和

另一种对角线则称作反对角线、反向对角线或次对角线。一个n×n方块矩阵B的反对角线则是收集所有满足i+j=n+1的元素。也就是从右上角到左下角的对角线。