E' una coppia di stelle che sono unite gravitazionalmente l'una all'altra, quindi che ruotano attorno al comune centro di massa con un periodo di rotazione che dipende dalla distanza tra le due stelle.
Se le stelle sono realmente legate fisicamente una all'altra dalla forza di gravità (doppia fisica), come nel caso di Sirio A e B, tali oggetti sono chiamati "stelle binarie". E' abbastanza comune trovare le stelle a coppie o anche in gruppi di più componenti.

Le stelle doppie che si possono risolvere al telescopio vengono chiamate "doppie visuali". Quelle che si scoprono in base alla variazione di luminosità del sistema , dovute alle reciproche eclissi tra le componenti, si chiamano "doppie fotometriche", o "a eclisse". Quelle che si possono rivelare solo dallo studio delle righe dello spettro, che si spostano per effetto Doppler, si chiamano "doppie spettroscopiche".

Talvolta osservandole in cielo appaiono doppie per pura coincidenza: gli oggetti sembrano vicini l'uno all'altro, visti dalla Terra, anche se fisicamente una stella può essere molto lontana dall'altra. Questi casi si chiamano doppie prospettiche, come nel caso di Mizar e Alcor.

Le stelle doppie sono riportate in molti cataloghi; nel "Guide 8.0" se si fa clic su "Vai alla stella doppia" nel menù "Vai alla stella", si troverà un elenco di circa 130 cataloghi, come il catalogo di Struve e l'ADS.