النجمة الثنائية نظام يتكون من نجمين قريبين يرتبطان غالباً بالجاذبية ويدور أحدهما حول الآخر أو يدوران حول مركز مشترك. قد ترى بعض الثنائيات منفصلة بالعين أو بالأدوات الفلكية، لكن كثيراً منها قريب إلى درجة يبدو معها كنجم واحد. تتيح دراسة الحركة المدارية في النجوم الثنائية قياس كتلة كل نجم، لأن قوة الجاذبية ومدى جذب النجم لرفيقه يكشفان عن كتلته. وقد تكون بعض الثنائيات متقاربة جداً حتى تتلامس، فتحدث بينهما موجات غازية واضطرابات عنيفة، وقد يظهر أحدهما مصدراً للأشعة السينية أو موجات الراديو أو يستمد مادة من رفيقه فتحدث انفجارات نووية تجعله مستعراً. وقد يدل دوران نجم حول رفيق غير منظور على وجود ثقب أسود.
