Double Star, một cặp sao nằm gần nhau mà mắt thường xuất hiện dưới dạng một ngôi sao. Cặp sao này được gọi là đôi quang học nếu hai ngôi sao dường như chỉ gần nhau vì sự thẳng hàng của chúng khi nhìn từ trái đất. Một ngôi sao đôi thực sự được gọi là một ngôi sao nhị phân, hoặc hệ thống nhị phân. Nó bao gồm hai ngôi sao nằm tương đối gần nhau trong không gian và quay quanh nhau do lực hấp dẫn mà mỗi ngôi sao tác dụng lên ngôi sao kia.
Hơn một nửa số sao đã biết thuộc hệ nhị phân hoặc hệ nhiều sao chứa các sao đôi. Các nhà thiên văn có thể xác định khối lượng của các ngôi sao trong một hệ nhị phân mà khoảng cách từ trái đất được biết đến bằng cách tính toán quỹ đạo của các ngôi sao xung quanh nhau.
Khi cả hai ngôi sao của một hệ nhị phân có thể được nhìn thấy riêng lẻ trong một kính thiên văn, thì cặp sao này được gọi là một hệ sao đôi trực quan. Thường thì sự hiện diện của một ngôi sao thứ hai được phát hiện bằng các phương tiện khác. Trong hệ nhị phân vũ trụ, các biến thể thường xuyên về vị trí của một ngôi sao khả kiến cho thấy rằng nó đang ở quỹ đạo xung quanh một ngôi sao thứ hai. Trong một hệ nhị phân lu mờ, hai ngôi sao lần lượt đi qua trước mặt nhau, tạo ra nguyệt thực và sự mờ đi theo chu kỳ của ánh sáng kết hợp của chúng. Một hệ nhị phân lu mờ nổi tiếng tạo nên một phần của Algol, một hệ thống nhiều sao trong chòm sao Perseus. Trong loại thứ tư, hệ nhị phân quang phổ, một ngôi sao được biết là đang quay quanh quỹ đạo xung quanh một ngôi sao khác vì các vạch trong quang phổ của nó lần lượt cho thấy chuyển động tiến tới và lùi lại.
