Dobbelt stjerne, et par nært placerede stjerner, der for det blotte øje normalt fremstår som en enkelt stjerne. Parret kaldes en optisk dobbelt, hvis de to stjerner kun ser ud til at være tæt på hinanden på grund af deres justering set fra jorden. En sand dobbeltstjerne kaldes en binær stjerne, eller binært system. Den består af to stjerner, der ligger relativt tæt sammen i rummet og kredser om hinanden på grund af den tiltrækningskraft, som hver især udøver på den anden.
Mere end halvdelen af alle kendte stjerner tilhører binære systemer eller flere-stjernede systemer, der indeholder binære stjerner. Astronomer kan bestemme masserne af stjerner i et binært system, hvis afstand fra jorden er kendt ved at beregne stjernernes kredsløb omkring hinanden.
Når begge stjerner i et binært system kan ses individuelt i et teleskop, parret kaldes en visuel binær. Ofte opdages tilstedeværelsen af en anden stjerne på andre måder. I en astrometrisk binær, regelmæssige variationer i placeringen af en synlig stjerne afslører, at den er i kredsløb omkring en anden stjerne. I en formørkende binær, de to stjerner passerer foran hinanden efter tur, skaber formørkelser og periodisk dæmpning af deres kombinerede lys. En velkendt formørkende binær udgør en del af Algol, et flerstjerners system i stjernebilledet Perseus. I en fjerde type, den spektroskopiske binære, en stjerne vides at være i kredsløb om en anden stjerne, fordi linjerne i dens spektrum skiftevis viser bevægelse af tilgang og recession.