La doble exposición son 2 tomas, 2 exposiciones, 2 fotos, llamalo como quieras, pero son 2. El obturador se abre y se cierra 2 veces por tanto son 2 fotos superpuestas, en estos casos la cámara se pone con 1 punto menos de diafragma o se duplica la velocidad, para que la suma de las 2 fotos subexpuestas haga de una correctamente expuesta. Si ambas fotos fuesen con exposición normal, la suma de ambas se vería sobreexpuesta. Incluso hay APPs de móvil que también te lo hacen, porque son 2 fotos y el software las superpone. El HTC Desiré lo tiene incluido en su software de cámara.
Antiguamente en las cámaras de carrete, se hacía 2 fotos, solo que tras la primera foto la cámara no pasaba carrete, por lo que la segunda toma se hacia encima de la 1ª, y de esta forma se superponían las 2 fotos.
También hay cámaras que te permiten hacer 3, 4 o 5 y luego o bien sólo te lo une o si quieres también te lo procesa para hacer HDR (que no es el caso).