Подобно «Бедным людям», «Двойник» во многом связан с художественным миром Гоголя и с поэтикой гоголевских петербургских повестей. На это указывала уже прижизненная критика. Основные сюжетные узлы повести — поражение бедного чиновника (фамилия Голядкин образована от «голяда, голядка», что, по Далю, значит: голь, нищета) в неравной борьбе с более богатым, поставленным выше него на иерархической лестнице соперником в борьбе за сердце и руку дочери «его превосходительства» и развивающееся на этой почве безумие героя — непосредственно продолжают сходные ситуации «Записок сумасшедшего. Другой главный мотив повести — столкновение героя со своим фантастическим «двойником» — также (хотя и в зародышевой форме) уже содержится в гоголевском «Носе». В гоголевские иронические тона окрашен, — по-видимому, вполне сознательно — ряд отдельных эпизодов повести (так, разговор героя с лакеем Петрушкой по поводу кареты в главе i напоминает начальные сцены «Женитьбы», а описание бала в начале главы iv выдержано в стиле гоголевских комических описаний — ср. описание вечеринки у губернатора в главе i первого тома «Мертвых душ»).
Подобно гоголевским чиновникам, Голядкин — усердный читатель «Библиотеки для чтения» Сенковского и булгаринской «Северной пчелы». Из них он почерпнул сведения об иезуитах и министре Виллеле, о нравах турок, об арабских эмирах и пророке Мухаммеде (Магомете) (издатель «Библиотеки для чтения» О. И. Сенковский был ученым-арабистом и печатал в своем журнале материалы о Востоке), «анекдотцы» о «змее удаве необыкновенной силы» и двух англичанах, приехавших нарочно в Петербург, чтобы «посмотреть на решетку Летнего сада», которые составляют любимую тему его размышлений и разговоров. Пародируя в рассказах Голядкина материалы «Северной пчелы» и «Библиотеки для чтения», рассчитанные на обывательский вкус, Достоевский, следуя примеру Гоголя, соединяет в «Двойнике» изображение призрачного духовного мира человека-«ветошки» с сатирическими выпадами против изданий Сенковского и Булгарина.
К Гоголю восходят и имена многих персонажей «Двойника» (Петрушка, Каролина Ивановна, господа Бассаврюковы и др.) и самый метод образования имен и фамилий героев со скрытым значением (Голядкин) или нарочитым подчеркиванием комического неблагозвучия (княжна Чевчеханова).
Следуя за Гоголем, Достоевский, однако, переключает действие повести в иной — трагико-фантастический — план. Он придает развертыванию событий значительно более динамический характер, чем это было у Гоголя, сближая точки зрения героя и рассказчика и изображая события в том фантастическом преломлении, какое они получают в потрясенном и лихорадочно возбужденном воображении главного героя. Сюжетом повести становятся не только реальные события, но и «роман сознания» Голядкина.