Trong 200 năm qua, một lượng lớn các nghiên cứu đã được thực hiện về các sao đôi dẫn tới một số kết luận chính.

Mọi người tin rằng ít nhất một phần tư tổng số sao là những hệ đôi, với khoảng 10% số hệ đó có chứa hơn hai ngôi sao (sao ba,...).

Có một sự tương quan trực tiếp giữa chu kỳ quỹ đạo của một sao đôi vào độ lệch tâm của quỹ đạo của nó, các hệ có chu kỳ quỹ đạo ngắn thì có độ lệch tâm ít hơn. Các sao đôi có thể được tìm thấy ở bất cứ một khoảng cách nào có thể tưởng tượng được, từ các cặp quay gần nhau tới mức trên thực tế chúng hầu như tiếp xúc với nhau, tới những cặp sao xa nhau tới nỗi sự liên kết giữa chúng chỉ được thể hiện bởi sự chuyển động quay quanh nhau chậm chạp của chúng. Đáng lưu ý, trong số những hệ sao đôi có khuynh hướng liên kết với nhau bởi sức hút hấp dẫn, có tồn tại một phân bố xác suất về các chu kỳ quỹ đạo, với đa số các hệ đó quay với chu kỳ chừng 100 năm.

Trong những cặp mà hai ngôi sao tương đương nhau về cấp sao, thì chúng cũng có kiểu quang phổ như nhau. Trong những hệ có cấp sao khác nhau, ngôi sao mờ hơn thì xanh hơn nếu ngôi sao sáng hơn là một sao khổng lồ, và đỏ hơn nếu ngôi sao sáng hơn thuộc về dãy sao chính (main sequence).

Bởi vì khối lượng chỉ có thể được xác định thông qua sức hút hấp dẫn, và những ngôi sao duy nhất (ngoại trừ Mặt Trời, và những ngôi sao là thấu kính hấp dẫn), mà ta có thể xác định được khối lượng với độ chính xác cao là những ngôi sao đôi, do đó chúng rất quan trọng.

Trong trường hợp một sao đôi thị giác, sau khi đã xác định được quỹ đạo và thị sai sao của hệ, tổng khối lượng của hai ngôi sao có thể được tính toán ra bởi việc áp dụng trực tiếp định luật Kepler.

Tuy nhiên, không thể có được quỹ đạo hoàn chỉnh của một sao đôi quang phổ trừ khi nó cũng là một sao đôi thị giác hay sao đôi che nhau, vì thế từ các vật thể đó chúng ta chỉ có thể xác định tâm khối lượng chung và sin của góc nghiêng với đường quan sát. Vì vậy, nếu không có thêm thông tin về góc nghiêng, khối lượng chỉ có thể được suy luận theo một phán đoán thống kê.

Trong trường hợp các sao đôi che nhau đồng thời là sao đôi quang phổ, có thể tìm ra một đáp án hoàn chỉnh để xác định (khối lượng, mật độ, kích thước, cấp sao, và hình dạng gần đúng) của cả hai ngôi sao trong hệ.

Khoa học viễn tưởng thường miêu tả các hành tinh của các sao đôi hay sao ba. Trên thực tế, đa số các quỹ đạo của chúng không cân bằng bền (hành tinh có thể bị đẩy khỏi quỹ đạo của nó khá nhanh chóng, có thể bị bắn hoàn toàn khỏi hệ hay bị chuyển sang một quỹ đạo lệch vào trong hay lùi ra ngoài hơn), trong khi những quỹ đạo khác lại thực sự khắc nghiệt cho việc hình thành sinh quyển bởi vì chúng có khác biệt rất lớn về nhiệt độ bề mặt ở những khoảng cách quỹ đạo khác nhau. Việc khám phá các hành tinh quay quanh các hệ đa sao cũng đưa ra nhiều khó khăn về kỹ thuật, có thể vì vậy mà cho tới tận tháng 7 năm 2005 chỉ một hành tinh như vậy được tìm thấy: HD 188753 Ab.