Хоча на перший погляд виблискують на небі зірки здаються постійними, виявляється, що у багатьох з них видимий блиск змінюється з часом. Зірка стає то яскравіше, то слабкіше. Такі зірки називаються змінними зірками. В одних змінних зірок блиск змінюється строго періодично. У інших він змінюється більш-менш періодично, у третіх - зовсім хаотичним чином. Є зірки, що спалахують несподівано. Там, де кілька днів тому була ледве помітна на фотографіях зірочка, сьогодні виблискує зірка, видима неозброєним поглядом. Через декілька місяців блиск зірки знову падає. У деяких зірок спалаху повторюються. Є такі зірки, у яких спостерігаються дуже швидкі спалахи. За кілька хвилин зірка стає яскравішим в сотні разів, а через годину повертається до вихідного стану. Амплітуди коливань блиску різних змінних зірок становлять від декількох сотих часток зоряної величини до 15-17 зоряних величин. З розвитком техніки і удосконаленням приймачів, що реєструють блиск зірок, стало можливим відкрити нові з дуже маленькими амплітудами і короткими періодами. Загальне число виявлених змінних зірок у Галактиці близько 40000, а в інших галактиках-більше 5000. Для позначення змінних зір використовуються латинські літери із зазначенням сузір'я, в якому зірка розташована. У межах одного сузір'я змінним зіркам послідовно присвоюється одна латинська буква, комбінація з двох літер або буква V з номером. Наприклад: S Car, RT Per, V557 Sgr.
Змінні зірки діляться на три великі класи: пульсуючі, еруптивні (вибухові) і затемнені. Пульсуючі зірки мають плавним зміною блиску. Воно обумовлене періодичними змінами радіусу і температури поверхні. При стисненні зірок температура зростає. Підвищення температури призводить до збільшення світимості, не дивлячись на те, що радіус зменшується. Періоди пульсуючих зірок змінюються від часток дня (зірки типу RR Ліри) до десятків (цефеїди) і сотень днів (міріди - зірки типу Миру Кита). У цефеїд і зірок типу RR Ліри періодичність витримується з дивовижною точністю. У змінних зірок з напівправильні або хаотичним зміною блиску пульсації, хоча й більш потужні, відбуваються нерегулярно. Всі цефеїди - гіганти, зірки великої світності, багато хто з них надгіганти, до них відносяться зірки з найбільшою світністю. Міріди називаються довгоперіодичних змінними зірками. Зміни їх блиску супроводжуються змінами їх температури. Миру Кіта в найбільшому блиску майже так само яскрава, як Полярна зірка. Змінні зірки цього типу також є взездамі-надгігантами. Пульсуючих зірок відкрито близько 14 тис.
Другий клас змінних зірок - вибухові, або, як їх ще називають, еруптивні, зірки. До них відносяться, по-перше, наднові, нові, повторні нові, зірки типу U Близнюків, новоподібні, симбіотичні зірки. Усім цим зіркам властиві однократні або спалахи, що повторюються вибухового характеру з раптовим збільшенням яскравості. Багато з цих зірок є компонентами тісних подвійних систем, і бурхливі процеси в виникають при взаємодії компонентів у таких системах.
Раніше думали, що нові зірки справді є знову з'явилися. Але ці зірки існували і раніше - вони виявляються як слабкі зірки на фотографіях зоряного неба, зроблених раніше.
Деякі з нових зірок (а може бути, і все) спалахують неодноразово. Так раптово спалахувати і збільшуватися в розмірах зі швидкістю, що дорівнює сотням кілометрів на секунду, можуть дуже гарячі зірки, що мають особливе, нестійкий стан. При спалаху їх зовнішні газові шари зриваються і з величезною швидкістю мчать у пространство.С плином часу ці гази розсіюються.
У рідкісних випадках спостерігаються спалахи наднових зірок. Вони відрізняються тим, що їх світність під час спалаху буває в десятки і сотні мільйонів разів більше світності Сонця. В даний час вчені-астрономи і фізики багато працюють над вирішенням питання про те, які фізичні причини викликають таке грандіозне явище, як спалахи наднових зірок.
По-друге, до еруптивних зіркам відносяться молоді швидкі неправильні змінні зірки, зірки типу UV Кита і ряд споріднених з ними об'єктів. Кількість відкритих еруптивних перевищує 2000.
Пульсуючі і еруптивні зірки називаються фізичними змінними зірками, оскільки зміни їх видимого блиску пов'язані з фізичними процесами, що протікають на них. При цьому змінюється температура, колір, а іноді і розміри зірки.
До третього класу змінних зірок відносяться затемнювані змінні. Це подвійні системи, площина орбіти яких паралельна променю зору. При русі зірок навколо загального центру ваги вони по черзі затьмарюють один одного, що і викликає коливання їх блиску.
У тісних системах зміни сумарного блиску можуть бути викликані спотвореннями форми зірочок .. Періоди зміни блиску затемнюваних подвійних - від декількох годин до десятків років. У Галактиці відомо більше 4000 таких зірок.
Існує ще невеличкий окремий клас змінних зірок - магнітні зірки. Крім великого магнітного поля вони мають сильні неоднорідності поверхневих характеристик. Такі неоднорідності при обертанні зірки призводять до зміни блиску.
Приблизно для 20000 зірочок клас змінності не визначений.
Змінні зірки дуже уважно вивчаються астрономами. Спостережувані зміни блиску, спектру та інших величин дають можливість визначити основні характеристики зірки, такі, як світність, радіус, температура, щільність, маса, а також вивчити будову атмосфер і характеристики різних газових потоків. За спостереженнями змінних зірок у різних зоряних системах можна визначити вік цих систем і тип їх зоряного населення. Чудова залежність "період - світність", виявлена для цефеїд, дозволяє за встановленим періоду обчислити дійсну яскравість зірки, а отже, і відстані до неї. Якщо в якому-небудь дуже віддаленому скупченні зірок виявлена цефеїд, то за спостереженнями вимірюють період зміни її блиску, а звідси і світність. А після цього легко обчислити, на якій відстані знаходиться ця цефеїд, якщо вона при даній світності представляється нам за своїм блиску зіркою такий-то величини. Розміри скупчення, як би вони не були великі, нікчемні в порівнянні з відстанню до нього, а це значить, що всі вхідні в нього зірки знаходяться на приблизно однакових відстанях від нас. Таким чином були виміряні відстані до віддалених частин нашої Галактики, а також до інших галактик. Сучасні спостереження показали, що деякі змінні подвійні зірки є космічними джерелами рентгенівського випромінювання.