恆星都是在不停地運動著，運動的方向和速度大小均不相同。我們可以把恆星相對於太陽系的運動速度按向量的分解方法分解成兩個分速度：一個是沿著觀察者的視線方向，這個速度不可能直接觀測到，要透過另外的方法測出。另一個分速度是與觀察者視線方向垂直的切向速度（或叫作恆星的自行），由於恆星十分遙遠，一般用肉眼不易覺察；但是，如果精確地、長時間地觀察一個恆星位置相對於背景恆星的變化，可以來出它的切向速度大小和方向。北斗七星10萬年前和10萬年後形狀的變化，正是這七顆星各自不同的切向速度方向與大小長期累積的結果。

運動型別

太陽附近恆星的空間運動速度約為50公里/秒。實際上,太陽也在空間運動著。太陽對鄰近恆星的空間運動速度約為19.7公里/秒,運動方向指向武仙座中的一點──向點（見太陽運動）。恆星運動速度減去太陽運動速度後的速度差，叫作恆星的本動速度。恆星的自行和切向速度 ，單位時間內恆星在天球切面上走過的距離對觀測者所張的角度叫自行，單位是角秒/年。自行由扣除歲差和章動後的赤經年變（赤經自行）和赤緯年變（赤緯自行）組成。

已測出20多萬顆恆星的自行，其中最大者為蛇夫座的巴納德星，自行達每年10獎31。如果已知恆星的距離,就可由自行求得恆星垂直於視線方向的線速度──恆星的切向速度。恆星的自行雖然容易求得，但距離卻很難測定，因此，恆星的切向速度很難求準，只有少數近距恆星的資料比較準確。

恆星的視向速度，恆星在單位時間內沿視線方向移動的距離叫視向速度,單位是公里/秒。它可由恆星光譜線的多普勒位移來確定，譜線向紅端移動(即紅移)時為正，這時恆星遠離我們而去。實測的數值必須改正地球自轉和公轉的影響，歸算成相對於太陽中心的數值。已測過視向速度的恆星約3萬顆,其結果大多介於±20公里/秒之間。晚型星的視向速度一般大於早型星的,矮星的大於巨星的，光譜中有發射線的大於同光譜型無發射線的。

速度超出±100公里/秒範圍的恆星叫高速星,已測得視向速度最大的恆星是 CD-29°2277(543公里/秒)和武仙座VX星（－405公里/秒）。測量視向速度往往採用結構複雜和價格昂貴的大望遠鏡折軸攝譜儀或物端稜鏡，所以進展很慢。但是由於這種測量與恆星的距離沒有直接關係，因而通常比切向速度精確。

恆星並非恆定不動。人們認為恆星恆定不動，是因為人們發現自己對恆星的觀測結果與前人的記錄沒有什麼兩樣。然而，在1718年左右，哈雷等天文學家利用望遠鏡觀測卻發現恆星也在運動，也在不斷改變著它們在太空中的位置，那為什麼我們看不出恆星在動呢?原因很很簡單，因為我們離那些恆星太遙遠了，因此即使它們在動，我們也會覺得它們沒有變化。

其實，恆星的運動是很劇烈的，它們執行的速度從每秒幾千米到幾百千米，火箭的速度比起它們的速度就好像是烏龜在爬行。如今，人們都知道宇宙是在不斷膨脹的，一切的星體物質都在運動，所以恆星自然也不例外，恆星在不停地運動，它們構成的星座形狀自然也在不停變動。除了太陽以外，宇宙中的恆星也是如此，

例如，我們熱知的北斗七星，在大約10萬年前，其斗柄比現在長得多，柄端不像“鬥”而“鏟”;而據科學家預測，再過10萬年，其斗柄會比現在更為彎曲，到時候鬥”會變為“匙”。