Dvojni zvezdni sistem je zvezdni sistem z dvema zvezdama, ki krožita ena okoli druge. Več zvezdni sistemi, kot so trinari itd., so tudi običajno kategorizirani z istim izrazom. Razvrščeni so zvezdni sistemi s kar sedmimi med seboj krožečimi telesi.
Menijo, da so binarni zvezdni sistemi precej pogosti v vesolju in so lahko v resnici v večini. To je zato, ker ima oblak prahu, ki se zruši in tvori zvezde, pogosto več kot eno težišče. Če so to majhne kepe, tvorijo planete ali rjave pritlikavke, če so velike pa zvezde. Binarne zvezde naj bi bile spremljevalne zvezde ena drugemu.
Binarni zvezdni sistemi so zelo pomembni v astronomiji, saj kartiranje njihovih medsebojnih orbit omogoča oceno njihove mase. Ocenjevanje mase je uporabno za primerjavo s temperaturo in navidezno svetilnostjo, kar nam pomaga določiti absolutno svetilnost in razdaljo. Eclipsing binary, kjer zvezde v binarnem sistemu občasno zasenčijo druga drugo z našega vidika, so še posebej uporabne. Način, kako se medsebojno zasenčijo, je mogoče uporabiti za oceno njihove velikosti, gostote, svetilnosti in razdalje. Eclipsing binary so bili uporabljeni za merjenje razdalje do drugih galaksij, kot sta galaksija Andromeda in galaksija Trikotnik, s faktorjem napake, manjšim od 5%.
Najbližji zvezdni sistem, Alpha Centauri, je binarni zvezdni sistem, sestavljen iz dveh tesno krožečih zvezd v velikosti sonca, ki ju kroži rdeči pritlikavec. Dve osrednji zvezdi imata eliptično orbito ena okoli druge, približujeta se 11 AU in se ločita do 35 AU ter naredita popoln cikel vsakih 80 let. Zaradi kaotične dinamike takšnega sistema ni resničnega “bivalnega območja”, kjer bi površinske temperature ostale približno konstantne. Temperatura površine se spreminja iz leta v leto.