Il existe différentes catégories d'étoiles doubles :

- Les étoiles doubles optiques sont deux étoiles éloignées l'une de l'autre, non liées par les forces gravitationnelles, mais par un effet d'optique sur notre ligne de visée elles semblent l'une à côté de l'autre. Toutes les autres catégories représentent des étoiles liées physiquement par la gravitation et qui tournent l'une autour de l'autre, autour d'un foyer commun appelé "barycentre" :

- Les étoiles doubles visuelles possèdent un écartement entre chaque composante qui permet de les observer à l'oculaire de lunettes et de télescopes.

- Les étoiles doubles spectroscopiques sont décelables par le dédoublement et le décalage des raies spectrales du système qu'elles composent.

- Les étoiles doubles photométriques ou à éclipses présentent la particularité d'avoir le plan de leur orbite dans notre axe de visée. Ce qui fait qu'alternativement elles passent l'une devant l'autre produisant des éclipses, d'où une chute de leur éclat global mesuré par photométrie.

- Les étoiles doubles astrométriques sont détectées par leur mouvement propre sinusoïdal sur la voûte céleste, oscillations de l'étoile de part et d'autre de sa trajectoire provoquées par la présence d'un corps obscur.

- Il existe aussi des systèmes triples, quadruples, ... , multiples composés de plusieurs étoiles.