Etwa die Hälfte bis zwei Drittel aller Sterne sind Mehrfachsterne, bei denen zwei oder mehr Sterne um ein gemeinsames Zentrum kreisen. Die Zahlen sind noch unsicher, da es neben diesen physischen Doppelsternen auch scheinbare (optische) Doppelsterne gibt, bei denen zwei unterschiedlich weit entfernte Sterne von der Erde aus gesehen zufällig in der selben Blickrichtung stehen.

Ob es sich um einen optischen oder einen physischen Doppelstern handelt, kann man feststellen, indem man entweder die Entfernung der beiden Sterne misst oder über einen langen Zeitraum hinweg ihre Position zueinander bestimmt – physische Doppelsterne umkreisen einander, da ein Umlauf aber durchaus einige Jahrtausende dauern kann, ist man auf ein stabiles Teleskop angewiesen, um exakte Messungen vornehmen zu können. Auch der Abstand zweier Sterne, der sich während einer Umkreisung verändert, lässt sich nur mit einem Mikrometer oder photographisch bestimmen. Allerdings kann der Abstand sich so sehr verändern, dass die Sterne in ihrer engsten Position nicht mehr getrennt werden können, während sie gut voneinander zu trennen sind, wenn ihr Abstand maximal ist. Doppelsterne mit bekanntem Abstand lassen sich auch nutzen, um die Auflösung eines Gerätes zu testen. Dazu sollten die Sterne etwa gleich hell sein. Sterne mit sehr verschiedenen Helligkeiten sind schwerer zu trennen, da ein Stern leicht den anderen überstrahlen kann.

Neben dem Helligkeitsunterschied lohnt es sich wie auch bei einzelnen Sternen, auf die Farben zu achten.

Spektroskopische Doppelsterne sind sehr enge Sternpaare, die nicht direkt beobachtet werden können. Sie lassen sich nur mit speziellen Geräten über Änderungen in den Sternspektren nachweisen.