En polstjerne er en helst lysstærk stjerne, som befinder sig ikke alt for langt fra enten himlens nordlige pol eller himlens sydlige pol. Polerne er skæringspunkterne mellem Jordens rotationsakse og himmelkuglen. Deres nærhed til en pol medfører, at de står næsten samme sted på himlen hele døgnet igennem. De er derfor for en navigatør velegnede til at bestemme retningen til geografisk nord hhv. syd.
I de nærmeste århundreder er Polaris eller "Nordstjernen" velegnet som polstjerne for den nordlige halvkugle, da den kun står 44' = 0.74º fra himmelpolen og samtidig er ret lysstærk; dens størrelsesklasse er m = 2.0.
Derimod er himmelegnen omkring den sydlige himmelpol helt uden lysstærke stjerner. Den nærmeste stjerne, som kan ses med det blotte øje, er Sigma Octantis i det sydlige stjernebillede Oktanten. Dens afstand fra den sydlige himmelpol er 63' = 1.05º, men dens størrelsesklasse er kun m = 5.5 og dermed tæt på grænsen for synlighed (m = 6). Som et kuriosum kan nævnes, at Sigma Octantis er den mindste af de stjerner, som indgår i Brasiliens nationalflag.
Set fra Nordpolen står Polaris næsten i zenit og set fra Sydpolen er det Sigma Octantis, som står næsten lodret over iagttageren. Ved ækvator er begge stjerner principielt synlige, men da de står lavt over horisonten i henholdsvis nord og syd, vil det kræve en meget klar himmel at se dem.
På grund af gravitationspåvirkning fra Månen og Solen på Jordens ækvatorudbuling drejer Jordens rotationsakse sig i en kegleformet bevægelse, præcession. Én omdrejning tager ca. 26 000 år. Derfor flytter gradnettet sig i forhold til baggrunden af stjerner, og hvervene som polstjerne går derfor på skift.