Hệ sao có 2 ngôi sao được xem là hệ sao đôi. Nếu không có các tác động của lực thủy triều, không có sự chuyển đổi khối lượng từ ngôi sao này sang ngôi sao kia, không có sự xáo trộn bởi các lực tương tác khác, quỹ đạo của 2 ngôi sao là một quỹ đạo tuyệt đối theo thời gian.

Một số hệ sao đôi đó là Sirius, Procyon và Cygnus X-1. Ngoài ra, hệ sao đôi còn có dạng đặc biệt đó là sự kết hợp của một ngôi sao và một lỗ đen.