Dvojne zvezde najpogosteje odkrijemo zaradi nenavadnega gibanja svetlejše od njiju ali pa zaradi učinkov njunega skupnega spektra. Kadar je videti, da se kaka zvezda periodično opoteka po nebu, pomeni to, da jo spremlja nevidna sopotnica. Taki dvojni zvezdi pravimo astrometrična dvojna zvezda, odkrijejo pa jo meritve njenega položaja. Spektroskopske dvojne zvezde odkrijemo po spremembah in nenavadnih posebnostih v spektrih obeh zvezd. Spekter običajne zvezde, kakršna je Sonce, je videti kot brezkončna mavrica, ki jo prekinjajo številne ozke reže, imenovane absorpcijske črte.		Barve, prek katerih tečejo te črte, se z odmikanjem ali približevanjem zvezde spreminjajo. Temu pojavu pravimo Dopplerjev pojav. Medtem ko zvezdi v dvojni zvezdi krožita po svojih orbitah, se nam izmenično približujeta in se odmikata. Posledica tega je, da se črte v njunih spektrih premikajo po barvnem nizu. Plešoče spektralne črte torej označujejo dvojno zvezdo. Pri ugotavljanju mase zvezde se kot pomembni kažeta metoda merjenja hitrosti članic dvozvezdja in uporaba težnostnih zakonov. Preučevanje dvojnih zvezd je edini neposredni način ugotavljanja mase zvezd.