Более 50 % звезд образуют гравитационно связанные системы из двух, трёх и четырёх компонентов (очень редко наблюдается и большее их число). Такие системы называют кратными звездами. Среди них больше всего двойных звёзд.
В кратных звездах, состоящих из трёх компонентов, расстояние между двумя из них гораздо меньше расстояния от каждого из них до третьего компонента. На рис. 31 такому взаимному расположению компонентов соответствует случай (а). В случае (б) взаимодействие звёзд заканчивается, как правило, либо образованием конфигурации типа (а), либо выбросом из системы одной из звезд.
Систему типа (а) можно рассматривать как две двойные звезды: в первой из них компоненты А и В обращаются вокруг совместного центра масс (показанного стрелками), во второй двойной звезде система из звёзд А и В, рассматриваемая, как один объект, вращается вместе с компонентом С вокруг центра масс всех трёх звёзд (показан крестиком).
Ближайшей к Солнцу кратной звездой типа (а) является система Альфа Центавра на удалении 4,3 светового года. Компоненты А и В образуют двойную звезду с периодом (обращения В вокруг А) около 80 лет. Масса и радиус компонента А лишь немногим больше, чем у Солнца, а температура и химический состав верхнего слоя совпадают с теми, что наблюдаются у нашего светила. Компонент В несколько меньше и значительно холоднее Солнца. Среднее расстояние между компонентами А и В равно 24 а.е. (а.е. - астрономическая единица - 149,6 млн. км). Расстояние же от А до С точно не известно, но не меньше 1100 а.е.
Двойные звезды по способу их обнаружения подразделяют на визуально-, затменно- и спектрально-двойные, а также широкие пары. В первом случае можно непосредственно измерить угловое расстояние между компонентами. Иногда подобные измерения позволяют начертить видимую орбиту компонента В относительно компонента А, рис.32.
Во втором случае (затменно-двойные) изображения звёзд обычно сливаются в одно, а орбита компонента В относительно А ориентирована в пространстве так, что с Земли, время от времени, наблюдается затмение одного компонента другим. Исследуя кривые блеска, примеры которых приводятся на рис.7 и рис.33, можно получить данные об относительных размерах компонентов, их светимостях, температурах атмосфер и даже о распределении яркости по дискам звезд (и пятнах на них, если таковые существуют).
На рис.33 минимумы соответствуют периодам затмений, в остальных случаях точки кривой блеска соответствуют полному суммарному свету звёзд. И в третьем случае (спектрально-двойные), как и в предыдущем, изображения звезд, как правило, сливаются. В спектре суммарного света компонентов заметны периодические смещения линий. Используя принцип Доплера (см. Гл.VII), по таким смещениям можно рассчитать изменение со временем лучевой скорости одного или обоих компонентов и построить кривые лучевых скоростей, рис.34.
Анализ кривых лучевых скоростей позволяет определить отношение и сумму масс компонентов и некоторые параметры их орбит. Иногда, хотя и редко, одна и та же двойная звезда является и визуально-, и спектрально-, и затменно-двойной. Анализ таких случаев дает наиболее богатую информацию о звёздах.
В широких звездных парах расстояние между компонентами настолько велико, а их относительные скорости настолько малы, что эти звезды движутся относительно других звёзд почти с одинаковыми скоростями. По этому признаку и обнаруживают широкую пару.
У некоторых двойных звезд вещество может перетекать от одного компонента к другому. Ввиду того, что для этого расстояние между ними должно быть очень мало, такие системы называют тесными-двойными системами (ТДС). Более массивный компонент ТДС изменяется в ходе эволюции быстрее, чем другой. Достигнув стадии гиганта (сверхгиганта), он раздувается до такой степени, что часть его атмосферы подпадает под гравитационное воздействие второго компонента. Тогда вещество первой звезды начинает перетекать к другой звезде, увеличивая её массу и ускоряя этим эволюцию. Если и вторая звезда превратится в гиганта, то обе звезда, вращаясь вокруг общего центра масс, касаются друг друга и ТДС принимает гантелевидную форму, рис.35.
Такая система называется контактной. Богатство проявлений, свойственных звездам, возрастает, если они - члены ТДС.