天測雙星是可以用目視觀測察覺有伴星的雙星。
仔細測量可以發現看得見的這顆星，位置會有晃動的現象，這是與它對應的物體重力影響造成的。以更遙遠的天體做參考，一再的測量這顆星的位置，可以檢測出位置周期性的轉換。通常，這種測量只有在附近的恆星，像是在10秒差距以內的距離上才能進行。近距離的恆星相對的也會有較大的自行，所以天測雙星都會以正弦的路徑在天空中移動。
如果伴星有足夠大的質量，恆星位置的轉換就比較明顯，伴星的存在也就比較容易驗證。精確的測量可以看見的這顆星在天體位置上的運動，只要觀察足夠的時間(一個周期以上)，關於這顆伴星的質量和軌道周期就可以測量出來。即使看不見這顆伴星，利用克卜勒的定律，仍可以經由觀測計算出伴星的特性。
測量雙星的技術也曾經用於檢視位置來找出有系外行星環繞的恆星，然而，因為在質量上的比例差距太大，以及行星的軌道周期太長，用在這種測量上是非常困難的。測量恆星位置的移動本身就是很艱澀的科學，並且達到需要的精確度也很困難。在太空中的望遠鏡可以免除掉地球大氣層使影像模糊的效應，得到更精確的結果。
