宇宙中一些特殊的恒星彻底颠覆了人们对恒星的很多印象。有“宇宙灯塔”之称的脉冲星可以发出类似人类“脉搏”的射电信号，该信号曾被认为可能来自外星人。有一些脉冲星的自转周期可以达到毫秒级。太空中有类似“超级CT机”的X射线双星，黑洞或中子星吸积伴星物质从而产生超强的X光。中国古代“客星”（现代天文称为新星），能够突然出现并在一段时间后消失。恒星在演化过程中可以将整个外包层遗失变成温度高、体积小的热亚矮星，为年老的椭圆星系提供紫外辐射。被西方媒体称为“吸血鬼恒星”的蓝离散星，通过吸积伴星的物质来实现自己的“返老还童”。这些特殊恒星一般都与双星演化相关。特殊恒星为完善和检验恒星演化和双星演化理论作出了巨大贡献。该研究方向主要是通过双星演化理论和双星星族合成来研究特殊恒星的形成和演化。