La variación del brillo de las estrellas puede deberse a una causa intrínseca o extrínseca, es decir, que la estrella tenga una variabilidad real o que su luz se vea interrumpida por una factor externo que puede ser otra estrella o una nube de gas interestelar. Según la causa de su variabilidad, las estrellas variables intrínsecas se dividen en: variables pulsantes, con variaciones del radio de la estrella; variables eruptivas, con cambios en su superficie, como llamaradas o eyecciones de materia, y variables cataclísmicas, que experimentan un cambio enorme de sus propiedades físicas, como las novas y las supernovas. Las novas deben su variación a la acumulación de materia recibida de su estrella compañera. Las estrellas pulsantes características son las cefeidas, para las que Henrietta S. Leavitt en 1912 descubrió que su periodo de variabilidad era proporcional a su luminosidad, con lo cual la determinación del periodo brinda una indicación muy fiable de su distancia. Las variables extrínsecas más frecuentes son las estrellas eclipsantes, que son estrellas binarias en las que la dirección de observación coincide con el plano de su órbita y vemos entonces una estrella pasar por delante de la otra, con lo que se producen eclipses periódicos. Las eclipsantes más abundantes son las de tipo Algol o tipo beta Lirae.
