Ao observamos os pontinhos brilhantes no firmamento em uma noite sem nuvens, não os distinguimos todos. Isto porque o nosso olho não é capaz de sozinho detectar todas as estrelas no céu. Muitas das estrelas que vemos como um único pontinho brilhante são na verdade parte de sistemas constituídos de duas ou mais estrelas. Acredita-se que a maioria das estrelas em nossa Galáxia não sejam solitárias como o Sol, mas sim parte de sistemas binários, com duas estrelas orbitando em torno do centro de massa comum. Essas estrelas podem evoluir de forma praticamente independente devido a grande distância que as separa ou podem estar próximas o suficiente para que ocorra transferência de material entre elas.

Em alguns sistemas binários, cada estrela pode ser vista individualmente com a ajuda de um telescópio. É importante distinguir contudo as binárias aparentes: estrelas que somente parecem estar próximas devido a posição delas no céu com relação a nós na Terra. Através do estudo do movimento das duas estrelas, consegue-se perceber se elas estão gravitacionalmente ligadas ou não. Nas binárias visuais, a separação entre as estrelas deve ser suficientemente grande e o período orbital do sistema necessariamente longo (podendo chegar a centenas de anos) caso contrário a duplicidade das estrelas não seria resolvida com o telescópio. No século XVIII, o astrônomo alemão William Herschel catalogou pela primeira vez estrelas duplas, das quais algumas, ele concluiu, faziam partes de sistemas binários ligados.

Contudo, mesmo utilizando o telescópio muitos pares de estrelas não podem ser resolvidos, aparentando portanto ser uma só estrela. O indício de que o sistema é binário vem através da análise das características do espectro da radiação eletromagnética emitida e absorvida pelo sistema. Elas são então classificadas como binárias espectroscópicas.

Tanto nas binárias espectroscópicas quanto nas visuais, uma estrela pode eclipsar a outra periodicamente devido a inclinação da órbita, e o sistema passa a ser chamado então de binária eclipsante. Esse tipo de sistema é detectado medindo-se a variação de brilho quando uma estrela passa na frente da outra. Se o período orbital desse tipo de sistema for de somente algumas horas, as duas estrelas estão tão próximas que podem chegar a se tocar, sofrendo fortes distorções. Nesse caso, o material de uma estrela pode ser arrancado (devido a atração gravitacional) e transferido para a outra.

Atualmente, acredita-se que um sistema de estrelas binárias se forma a partir da mesma nuvem colapsante de gás, e, portanto, suas estrelas se formam praticamente ao mesmo tempo. Apesar disso, elas seguem caminhos evolutivos diferentes que depende da massa inicial de cada uma, podendo até estar em estágios evolutivos muito diferentes quando as observamos. O estudo de sistemas binários possibilita desvendar varias características, como, por exemplo, a massa e a temperatura superficial de estrelas.