天文学家在研究恒星时，常提到“双星”这个名字。那么，何为双星呢？
我们知道，月亮绕着地球旋转，地球绕着太阳旋转，都是引力的作用。恒星之间也存在引力，这就使一些距离较近的恒星相互绕转。天文学上把这种受引力相吸、互相绕转的两颗星叫做物理双星。
物理双星又分为目视双星和分光双星。
所谓目视双星，就是用目测就能看到的双星。如全天最亮的天狼星。人们用较大的望远镜就能目测出它是一颗相互绕转的双星。必须借助精密仪器，通过仔细分析才能发现的叫分光双星。如御夫座中最亮的α星——五车二就是一颗典型的“分光双星”。天文学家用分光仪器观测发现，它是由两颗大小相同、又十分靠近的炽热星球组成的。
除了物理双星外，还有一种特殊的双星，它们不是由引力系在一起的，也不互相绕转。它们本来是两颗相距遥远、互不相干的恒星，只是由于我们从地球上看它们似乎相距很近，所以也把它们归入双星类。这种双星叫光学双星。其实它们并不是真正的双星。
双星中较亮的一颗叫主星，另一颗叫伴星。每颗双星中主、伴星的搭配都各不相同。有的主、伴星大小相同（如五车二）；有的主星比伴星重，有的则相反；有的主、伴星颜色一样，如五车二的主星和伴星的颜色都与太阳相似，呈微黄色；而天蝎座中的心宿二，主星是鲜红的，伴星却呈浅绿色，二者颜色截然不同。有的主星是爆发变星，或脉冲变星，或其他变星：白矮星、中子星、红巨星，甚至是黑洞；如天狼星的伴星就是白矮星。
恒星中还有些特殊的双星结构，如双子座中的北河三是由三对双星组成的聚星。半人马星座的南门二是一颗三合星，由A、B、C三星组成，三颗星作相互绕转运动。
对于天体物理学家来说，双星是能提供给人们最多信息的天体，从双星可以得到比单个恒星更多的信息和恒星演化的秘密。
在浩瀚的银河系中，我们发现的半数以上的恒星都是双星体，它们之所以有时被误认为单个恒星，是因为构成双星的两颗恒星相距得太近了，它们绕共同的质量中心作圆形轨迹运动，以至于我们很难区分它们，这其中包括着名的第一亮星天狼星。天狼星主星天狼A的质量为2．3个太阳质量，其伴星天狼B是一颗质量仅为0．98个太阳质量的白矮星。按照恒星的演化理论，质量大的恒星将很快演化，首先耗尽其氢燃料；质量小的则有着很长的寿命。而一颗质量小于太阳的恒星从其诞生到白矮星至少要经过长达一百亿年的历史；而天狼星A有2．3个太阳质量，应该比其伴星更快演化，但事实上这颗星明显正在进行氢燃烧，是一颗完全正常的恒星。质量大的恒星还没有耗尽氢燃料，而质量小的相反却已经耗尽了氢而处于寿命的后期。这种情况不是唯一的，英仙座的大陵五双星及其他很多恒星也有类似情况，这些对双星中都有一颗是白矮星或是中子星，甚至有可能是一个黑洞。
下面我们假设我们可以观测到一对双星的演变过程，做一次实地跟踪观测：
最初，A星的质量大约为2至3个太阳质量，B星为1．5个太阳质量。这以后，正如单个恒星演化过程一样，质量较大的恒星演化得很快，A星首先消耗掉了大量的氢元素，其外层慢慢膨胀起来，很快膨胀为一颗红巨星，其半径不断增大，而其内部已经形成了一个半径约为太阳几十分之一的白矮星氦核。当A星外壳开始进入B星的引力范围时，A星的表面物质开始受B星的引力离开A星表面流向B星表面。但由于两星相互公转以及B星的自转，流来的物质并没有立即落在表面，而是先在B星周围随B星自转形成一个碟状气体盘，然后才逐步降落在B星表面。于是A星不断有物质转移到B星，这使得A星的老化进程急剧加快，并以更快速度膨胀，甚至将B星的轨道吞没。这个过程将持续数万年。这以后，A星耗尽了它所有的剩余氢，而其巨大的外壳可以伸展到十几个太阳半径之外，但最终大部分将被B星所吸收。此刻，A星基本上全是由氦组成了，质量仅仅剩下为原来的1／5左右，而B星质量则增至原来的2倍多。这样，质量对比发生了明显变化：A星成了质量较小的致密的白矮星，而B星由于吸收了A星的大部分质量，体积增加了许多，成为双星中质量较大的恒星。A星周围原来膨胀的外壳在失去膨胀力后一部分逐渐降落到小白矮星上；而B星正处于中年期，继续其正常恒星的演化。这就是我们现在看到的天狼星及其伴星的情况。
这以后，这对双星继续演化，同原来一样，质量较大的恒星会以很快的速度进行演化，并在耗尽其内核附近的氢燃料后开始膨胀，进入红巨星阶段。此时，A星的强大引力将慢慢对B星不断膨大的表面上的物质起作用，物质开始从B星表面迅速流向A星。像从前一样，流来的物质在A星周围形成气体盘，并不断降落在A星表面。以后的时间里，B星由于丢失大量物质而缺少燃料迅速老化膨胀；A星则可能由于吸附了大量物质而塌陷成中子星甚至黑洞。B星将终于发生超新星爆发而结束其一生，把自身的大部分质量抛向宇宙，而在其中心留下一个致密的白矮星或中子星。
一对双星就这样转化成一对仍然相互作用转动的白矮星、中子星或黑洞。由于其间复杂的引力作用，双星的演化过程比单个恒星要短得多。这些都是每天在上演的恒星演化奇观。