En dobbeltstjerne er en gruppe af to (eller flere, trods navnet) stjerner, som af den indbyrdes tyngdekraft holdes fast i lukkede banekredsløb om hinanden, ganske som Jorden og de andre planeter er bundet i kredsløb om Solen. Fænomenet er meget almindeligt; et sted mellem en fjerdedel og halvdelen af de stjerner man kan observere, er "medlem" af dobbelstjernesystemer med alt fra to til seks stjerner.
Så vidt man ved, er vores egen Sol ikke en del af et dobbeltstjernesystem, om end det ikke kan udelukkes helt. En eventuel ledsagestjerne må dog være meget lille og lyssvag og have en bane der aldrig eller kun yderst sjældent bringer den indenfor "synsvidde" set fra Jorden. En eventuel ledsagestjerne til Solen er i visse medier givet navnet Nemesis.