双星（英语：Double star）在观测天文学中指的是当两颗恒星由地球上观察时，在视线的方向上非常接近，以致以肉眼看起来像是只有一颗恒星，但使用望远镜时就能分辨出来是一对的恒星。这种情形可以发生在一对联星，也就是有着互动的轨道，并且被彼此的引力束缚在一起；也可以是光学双星，这是两颗有着不同的距离，但恰巧在天空中相同的方向上被对准在一起。
联星对恒星天文学家是很重要的，当知道它们的运动，就可以直接计算它们的质量和其它地恒星参数。从1780年代开始，研究双星的专业和业余天文学家就透过望远镜的观测量双星之间的距离和角度，以量度每一对双星之间的相对运动。如果测量出的相对运动是一段轨道弧线，或者相对运动相较于这两颗恒星本身的一般自行是很小的值，就可以得到这两颗恒星没有相互的轨道运动。换言之，这一对就只是光学双星。虽然多颗的恒星系统的运动比联星更为复杂，但对聚星的研究也是用这种方法。
成对的恒星有下列三种：
就观念而言，后面这两种之间其实没有差别。望远镜的改进可以将非目视联星重分类至目视联星中，像北极星在2006年就发生这种情形。因此，第三种只是我们在观测方法上的不同造成的区别。
大熊座的开阳在1650年首度被乔瓦尼·巴蒂斯塔·里乔利登录为双星（但贝内代托·卡士德里和伽利略可能在更早）。很快就确认了其它的双星系统：罗伯特·胡克在1664年发现的第一个双星系统，白羊座γ；而南十字座明亮的十字架二在1685年被冯提尼发现是双星。从此之后，对双星的搜寻在天空中被很彻底的执行，不只是明亮的双星，还下探至视星等9.0等的极限。在北半球的天空中，比9等亮的恒星中，每18颗就至少有一颗是双星，可以使用口径36-英寸（910-毫米） 的望远镜分辨出来。
类别不相关的光学双星和联星被混编在同一本星表中是有其历史上的事实和原因。当开阳被发现是联星时，仍很难确认一对双星是联星，还仅仅是光学双星。望远镜、光谱、和摄影的改进，都是用来区分这两者的基本工具。当它被确认是视联星后，开阳本身的结构被发现是光谱联星。此外，开阳和辅又组合成光学双星，两者相距3光年。它们被怀疑，但又没有绝对的证据，能证明两者之间没有引力的相互作用。因此，双星这个名词对尚不了解的一对恒星而言，仍然是一个有用的项目。
的定义是使用光学望远镜可以看见与分辨的双星，这在已知的双星中占了绝大多数。如果视双星显现相似的属性，像是相似的自行穿越空间、三角视差或径向速度，这些都是它们之间有引力关联，形成联星的证据；在这种情况下，视双星会被称为。
以目视测量视双星的分离度，或角距离，是测量这两颗星在天空中的位置角和彼此之间以角度度量的距离。以位置角来指示两星分隔的距离与方向时，是从亮星朝向暗星来测量，并且正北方被定义为0°。这些测量的结果被称为，视联星量测值中的位置角会逐渐改变，两颗星之间分开的距离也会在最高和最低值之间摆动。在平面上绘制量测值将产生一个椭圆。这是投影在天球上的，从视轨道可以计算出这两颗星真实的轨道。虽然预期在视双星目录上的绝大多数可能都是视联星，但是在超过100,000颗已知的视双星中，仅有几千颗的轨道已经被计算出来。
通过观察它们的相对运动可以区别视双星和视联星。如果运动是轨道的一部分，或是恒星有着相似的径向速度，或是相较于一般的自行有着较小但不同的自行，这一部分可能都是自然的性质。当观测的时间短于周期时，光学双星和长周期视联星可能都呈现直线的运动，这就会很难区分这两种的可能性。
一些明亮的双星有拜耳名称，在这种情况下，可以用上标字元来表示。例如，南十字座α（南十字二）和伴星分别是是南十字α1和南十字α2。由于南十字α1还是光谱联星，因此实际上是聚星。上标字元也可以用来区分更遥远，无物理关系，在拜耳名称下成双的恒星，像是摩羯座α1,2（相距0.11°）、半人马座ξ1,2（相距0.66°）、射手座ξ1,2（相距0.46°）。这些光学双星都可以用裸眼直接观看。
除了这些对双星，双星的成员通常用字母（表示较亮的、主星）和（表示较暗的、伴星）来区分，再增加的就依据字母来排序。例如，大犬座α（天狼星）的成员是大犬座αA和大犬座αB（天狼星A和天狼星B）；牧夫座44的成员是牧夫座44A和牧夫座44B；ADS 16402的成员是ADS 16402A和ADS 16402B；依此类推。字母可能一起用来指出这是一对双星，在聚星，字母、，也是用来标示不同的伴星，它们的顺序是依照与最亮A星距离的增加来排列。
视双星通过在它们发现者名字的缩写后面加上数字编辑出独特的目录。例如，半人马座αAB是在1689年被Richaud 神父发现的，因此就被称为 。其它的例子包括Δ65，是詹姆士·丹露帕发现的第65颗双星，和Σ2451是斯特鲁维发现的第2451颗双星。
华盛顿双星目录，是包含超过100,000颗双星和聚星的庞大数据库，每一笔都列出了两颗星之间距离的量测值。在目录内的每一颗双星构成一个条目，有个成员的聚星会构成n-1对双星，每个都会给出与聚星中其他成员的分离距离。像这样的编码是表示被测量的成员C相对于A的量测值；编码也可能改变成以指示密接的A与B和D的量测值，本例中指的是D相对于AB对；而像这样的编码也可以表示单一的成员，在这个例子可能指的是另一个成员相对于A的量测值。发现者的编码也还是会被列出，但是传统的发现者名字缩写，像是和等，都已经改编成一个罗马大写字母的字串，例如Δ65 已成为和已成为。更多的例子呈现在右边的表中。
