Приблизително половината от всички звезди на практика са двойни или кратни системи, макар много от тях да са разположени така близо, че не могат да се наблюдават компонентите им като отделни. Присъствието на втората звезда (или няколко други) може да се открие по комбинирания спектър. Двата компонента на двойната система се въртят по елипсовидна орбита около един център на общата маса. Колкото са по-отдалечени една от друга звездите, толкова по-бавно се движат. Двойките при които ъгловото разстояние е достатъчно голямо за да се различат с телескоп като отделни звезди, често имат период на завъртане 50 - 100 години. Такива двойки се наричат визуално-двойни.

Ако едната звезда е много по-малка от другата, нейното присъствие може да се открие само по движението на по-яркия компаньон. Двойки от такъв тип се наричат астронометрически двойни.

Двойните звезди, които се разпознават само чрез спектроскопични методи, се наричат спектрално двойни. Техните периоди обикновено са от няколко дни до няколко седмици.

Понякога двата компонента на двойните звезди са толкова близо един до друг, че гравитацията нарушава сферичната им форма. Те могат да обменят вещество и да бъдат обкръжени от общ газов облак.

Ако орбитите на двойната система са ориентирани в пространството така, че при наблюдение от Земята едната звезда минава пред другата, системата се нарича затъмнително двойна. Такава система има променлива яркост, тъй като едната звезда периодически закрива другата.