Thuật ngữ "binary" để chỉ sao đôi trong tiếng Anh có lẽ đã được Sir William Herschel đưa ra năm 1802 để chỉ "một sao đôi thực sự — sự kết hợp của hai ngôi sao được thành tạo cùng nhau trong một hệ thống tuân theo các định luật hấp dẫn". Bất kỳ hai ngôi sao nào nằm gần nhau trên thiên cầu đều có thể là một sao đôi, trường hợp hay được dẫn chứng nhất là Mizar và Alcor thuộc chòm sao Đại Hùng. Tuy nhiên, cũng có lúc cặp sao chỉ "nhìn" giống như một hệ sao đôi trên bầu trời, do chúng nằm cùng trên một hướng quan sát từ điểm quan sát của chúng ta, nhưng thực tế lại cách nhau rất xa. Những "hệ sao đôi giả" đó được gọi theo thuật ngữ sao đôi quang học. Khi kính viễn vọng được sáng chế ra, nhiều cặp sao như vậy đã được phát hiện. Năm 1780, Herschel đã đo đạc khoảng cách và các hướng của hơn 700 cặp sao hiện diện giống như những hệ sao đôi và thấy rằng khoảng 50 cặp đã có sự thay đổi về hướng sau hai thập kỷ quan sát, và do đó không phải là sao đôi thực sự.