Independientemente de la variación lumínica que experimenta una estrella en el transcurso de su vida, puede variar también su luminosidad por causas físicas (variables pulsantes) u ópticas (variables eclipsantes). En el primer caso están aquellas estrellas cuya luz ofrece unas oscilaciones más o menos periódicas o aquellas que aumentan súbitamente de brillo por una explosión (novas o supernovas). Al segundo caso pertenecen aquellas estrellas cuya luminosidad varia de modo aparente porque otros cuerpos celestes se mueven en su entorno ocasionando ocultaciones.

Las estrellas variables cuya luz oscila por causas intrínsecas son prácticamente todas, pulsantes. Resulta que la atmósfera que las rodea sufre una pulsación, se dilata y se contrae con una periodicidad muy regular. Cuando se contrae absorbe energía y reduce su luz; por el contrario cuando se expande, libera energía, aumentando la luz.

Hay tres tipos de estrellas variables pulsantes:

- las de largo periodo, cuyas oscilaciones sobrepasan los 100 días y, en general, presentan variaciones muy amplias. La más conocida es Omicrón Ceti, “Mira”, en la constelación de Cetus. Tiene un ciclo de 332 días, en el que pasa de ser una estrella invisible –a simple vista- de novena magnitud a alcanzar la segunda magnitud y repetir, posteriormente, el proceso a la inversa hasta desaparecer del cielo. Lo mismo que Betelgeuse, una da las mayores supergigantes rojas que se conocen. Se trata de una estrella fría, pero su diámetro habitual equivale al de la órbita de Marte en torno al sol, sólo que a veces se hincha hasta expandirse de forma que su esfera es tan grande como la órbita de Júpiter. Su periodo de variabilidad es de 5,7 años, aproximadamente.

- El segundo tipo corresponde a las denominadas cefeidas. Deben su denominación a que la estrella prototipo es Delta Cephei y se caracterizan porque sus cambios de brillo suelen ser regulares, aunque en unos casos pueden ser de unas horas y en otros de varios meses. En el caso de Delta Cephei sus periodos están comprendidos entre 2 y 60 días, por lo que su observación resulta muy atractiva para el aficionado al apreciarse con prontitud la oscilación.

- Finalmente, hay otro tipo cuyos periodos son muy breves: se trata de las denominadas RR Lyrae, con variaciones que se repiten a intervalos de muy pocas horas.

Existe otra clase de variaciones luminosas en las estrellas cuya causa no responde a unos fenómenos intrínsecos, sino simplemente ópticos. Las estrellas variables eclipsantes son astros que aparentemente varían su luminosidad sin hacerlo en la realidad.

Cuando dos estrellas forman un sistema binario -ambas están sujetas gravitacionalmente y giran de forma común como lo hace un satélite en torno a un planeta-, puede que el plano de sus órbitas se halle en el mismo sentido que nuestra línea visual. En tal caso, las dos estrellas se ocultarán mutuamente en mayor o menor grado, según sea la diferencia de diámetros y según la inclinación del plano orbital con respecto al de visión. Si ambas estrellas se hallan muy juntas, no somos capaces de separarlas por muy potentes métodos que utilicemos; en consecuencia, en aquel lugar del firmamento veremos un solo punto que oscila en intensidad según sea la posición de sus dos componentes con respecto a nosotros. La caída de la luz de estas estrellas en el momento en que la más brillante está eclipsada por la más débil suele ser muy rápida y espectacular (a lo sumo emplea unas pocas horas). Algunas son visibles a simple vista y no hace falta más requisito que compararlas con estrellas próximas para notar como su brillo está decreciendo o aumentando.

Algol es una estrella idónea para servir de entrenamiento a quienes desean introducirse en la observación de las variables eclipsantes. La estrella Alfa de la misma constelación de Perseo, que es estable y está situada en sus cercanías, tiene una luminosidad similar a la de Algol cuando se halla en su máximo brillo. Comparándolas entre sí repetidas veces, se ven perfectamente las oscilaciones de Algol entre la magnitud 2,2 y la 3,5, con un periodo de 2,87 días.

Finalmente hay estrellas variables de tipo irregular, cuyos cambios luminosos obedecen a diversas causas. Destacan unas estrellas que están asociadas a nebulosas y que reciben un aporte irregular de gas en su atmósfera, provocando súbitos aumentos de luminosidad. Precisamente su observación ofrece el aliciente de que nunca puede preverse el resultado.

El estudio de las estrellas variables es uno de los campos a los que prestan atención numerosos astrónomos aficionados de todo el mundo, en particular porque introducirse en esta especialidad no requiere ni profundos conocimientos ni medios instrumentales costosos. Muchas observaciones se realizan a simple vista o con prismáticos corrientes, siguiendo una técnica relativamente fácil: basta comparar la estrella cuyo brillo desea evaluarse con el de las estrellas vecinas, ya previamente seleccionadas y de luminosidad conocida. De todos modos, hay aficionados provistos de instrumental más sofisticado que cuantifican la luz de la estrella por métodos fotométricos automáticos o analizando su intensidad en el ordenador tras digitalizar la imagen proporcionada por el telescopio equipado con una cámara CCD.