分光双星是指通过对某天体谱线位置变化的观测分析，能判断出的双星。因为这类双星的2颗子星间的距离很近，绕转周期也很短（大部分小于10天），因此，通过望远镜，用肉眼或照相方法都不能分辨出它们的两颗子星。
根据多普勒效应，恒星接近我们运动时，其谱线便移向紫端；恒星远离我们运动时，谱线便移向红端。随着两子星的绕转，恒星光谱的谱线便发生有规律的移动，据此，我们可以发现双星。如果两子星一颗亮、一颗暗，这时能看到一颗亮星的光谱线做周期性的移位，另一颗较暗的光谱线看不到，这样也能发现双星。这些方法发现的双星都称为分光双星。
光谱中能看到2个子星谱线的叫双谱分光双星，只看到1个子星谱线的叫单谱分光双星。视向速度随轨道运动位相的变化而变化，由此得到视向速度曲线。由视向速度曲线的分析，可以得到一些轨道要素，尤其是双谱分光双星，能得到恒星的质量、半径等基本参量。
现已发现分光双星5000多对，轨道周期最短的分光双星是天箭WZ星，轨道周期为82分钟；最长的是蛇夫座70星，轨道周期为88年。大多数分光双星的轨道周期为几天。