Al observar el cielo con un pequeño telescopio puede uno percatarse que muchas estrellas aparecen acompañadas, formardo pares. Esto fue notado desde los tiempos de Galileo y, dada la diferencia de brillo que frecuentemente existe entre las dos estrellas que forman el par, se pensó que la relaci\'on entre estas estrellas era solo aparente y que la estrella mas débil se veía mas débil por ser mucho mas lejana que la mas brillante. Galileo pensó que uno podría utilizar estas asociaciones "aparentes" para estimar la distancia a las estrellas. Desde entonces se sabía que el movimiento de la Tierra alrededor del Sol da lugar a un pequeño movimiento aparente de las estrellas en el cielo, describiendo círculos cuyo diámetro depende unicamente de su distancia al Sol. Para detectar este movimiento, denominado paralaje, es necesario medir la posición de una estrella por lo menos en dos ocasiones separadas por medio año. Galileo dedujo que la estrella mas débil de cada par, siendo la mas lejana, podría servir de referencia para medir la paralaje de la estrella mas brillante y cercana.
Los infructuosos intentos de medir el paralaje de las estrellas a lo largo de los siglos XVII y XVIII solo indicaron que este movimiento debía ser pequeñisimo, y algunos astrónomos temían que no fuera posible hacerlo y que no podríamos conocer la distancia a las estrellas. Hacia finales del siglo XVIII resurgió cierto interés por las estrellas dobles debido a la propuesta hecha por Galileo mas de 150 años atras. En 1767, el astrónomo inglés John Mitchell resaltó que en el cielo hay mas estrellas dobles de las que uno esperaría por alineamientos casuales y propuso que muchas de estas asociaciones deberían ser reales, correspondiendo a pares de estrellas situados exactamente a la misma distancia de Sol, girando una alrededor de la otra al estar unidas por la fuerza de gravedad. Sin embargo, no había evidencia directa de que existian pares de estrellas fisicamente asociadas y la propuesta de Mitchell no fue considerada seriamente.
William Herschell emprendió un estudio de estrellas dobles, con la esperanza de poder medir la distancia de algunas de las mas brillantes (y supuestamente, mas cercanas) y estudiar como están distribuidas en la Galaxia. Entre 1782 y 1821, Herschell elaboró tres catálogos conteniendo 848 ejemplos de estrellas dobles. Supuso que todas las estrellas tenían mas o menos el mismo brillo, comparable al del Sol, y que por tanto todas las estrellas de una magnitud dada estaban mas o menos a la misma distancia de nosotros. Cuando en 1802 volvió a observar muchos de los pares de estrellas que él mismo había catalogado viente años atras, esperando poder apreciar sino el paralaje, por lo menos un movimiento relativo entre los pares de estrellas. Era de esperarse que, en su errar por los cielos, las estrellas mas cercanas parecerían moverse mas rápidamente que las mas lejanas, de la misma forma que podemos apreciar mas facilmente el movimiento aparente de un coche cuando está mas cerca de nosotros. Para su sorpresa en muchos casos ambas estrellas se habían movido juntas o incluso parecían haber intercambiado posiciones. Herschell descubrió que, como lo había predicho Mitchell treinta y cinco años antes, la mayoría de las estrellas dobles forman realmente un par ligado por la fuerza de gravedad, lo que ahora llamamos estrellas binarias.
Contrariamente a lo que uno podría suponer, Herschell no estaba nada contento con su hallazgo. Desde su punto de vista se trataba de un "desastre" ya que implicaba que el brillo aparente de las estrellas no estaba necesariamente relacionado con su distancia. El que dos estrellas de muy distinta magnitud estuvieran juntas significaba que su brillo intrínseco era muy distinto, la mas brillante pudiendo ser mas de mil veces mas luminosa que la mas débil. Se dió cuenta que medir la distancia a las estrellas no podía hacerse como él lo había planeado. Fue finalmente Bessel quién logró medir por primera vez la distancia a una estrella, al medir el paralaje de 61 Cygni en 1838, dieciseis años después de la muerte de William Herschell. Para entonces el John Herschell, hijo de William Herschell, había estudiado mas de dos mil estrellas dobles y Friedrich Struve elaborado un catálogo con mas de 122 mil estrellas incluyendo mas de tres mil dobles.
A pesar de la reacción inicial de William Herschell, el hecho de que existan estrellas binarias, unidas por la fuerza de gravedad, ha sido una enorme ayuda para el avance de la astronomía. El estudio de su movimiento mutuo proporciona la forma mas confiable de medir sus masas. Como resultado se aprendió al poco tiempo que mientras que hay estrellas miles de veces mas o miles de veces menos luminosas que el Sol, es dificil encontrar estrellas que sean diez veces mas masivas o diez veces menos masivas que el Sol. Las estrellas pueden tener luminosidades muy distintas pero sus masas no son tan diferentes. Mas aun, hoy en día sabemos que dos de cada tres estrellas tienen una compañera y que el Sol pertenece a la minoría (Júpiter es lo mas parecido que hay a una compañera del Sol). Las estrellas binarias se separan en varias categorias: las visuales, donde las dos estrellas son claramente distinguibles por separado; las eclipsantes, donde la presencia de una compañera se delata por disminuciones breves y periódicas en el brillo de una estrella; las espectroscópicas, en las que la presencia de dos estrellas solo se delata al separar la luz del par con un espectrógrafo; las astrométricas, como Sirio, donde la presencia de una compañera demasiado débil para ser perceptible se delata por el movimiento de la estrella mas brillante; y finalmente, las llamadas dobles ópticas, aquellos pocos casos en los que las estrellas no forman fisicamente un par y parecen estar juntas por pura casualidad.