天测双星是可以用目视观测察觉有伴星的双星。仔细测量可以发现看得见的这颗星，位置会有晃动的现象，这是与它对应的物体重力影响造成的。以更遥远的天体做参考，一再的测量这颗星的位置，可以检测出位置周期性的转换。通常，这种测量只有在附近的恒星，像是在10秒差距以内的距离上才能进行。近距离的恒星相对的也会有较大的自行，所以天测双星都会以正弦的路径在天空中移动。

如果伴星有足够大的质量，恒星位置的转换就比较明显，伴星的存在也就比较容易验证。精确的测量可以看见的这颗星在天体位置上的运动，只要观察足够的时间(一个周期以上)，关于这颗伴星的质量和轨道周期就可以测量出来。即使看不见这颗伴星，利用开普勒的定律，仍可以经由观测计算出伴星的特性。

测量双星的技术也曾经用于检视位置来找出有系外行星环绕的恒星，然而，因为在质量上的比例差距太大，以及行星的轨道周期太长，用在这种测量上是非常困难的。测量恒星位置的移动本身就是很艰涩的科学，并且达到需要的精确度也很困难。在太空中的望远镜可以免除掉地球大气层使影像模糊的效应，得到更精确的结果。