X射線脈衝星中由一顆尋常的恒星和一顆發射X射線的子星組成的食雙星。發射X射線的子星的性質，可以通過X射線的脈動週期和估計品質來推測，目前大多數學者都認為 X射線子星是中子星或黑洞一類的緻密星。根據衛星的觀測結果和一系列的證認工作，已經確認為雙星的 X射線源有：小麥哲倫雲X-1、天鵝座X-1、半人馬座X-3、4U0900-40、4U1700-37、武仙座X-1、天蠍座 X-1、天鵝座X-3和圓規座X-1等。其中最引人註目的是武仙座X-1和天鵝座X-1。武仙座座X-1發射的X射線，具有1.24秒的非常規則的脈沖周期。這種規則的脈沖不可能來自等離子體的電磁振蕩，或流體力學振蕩等不穩定機制；而且這種非常短的周期也不可能來自白矮星的振蕩或轉動。通常認為武仙座X-1是一顆中子星，它的X射線穩定周期脈沖是它的自轉周期造成的。研究武仙座 X-1可以獲得很多關於中子星的知識。例如，根據它的X射線發射線，我們已經確定中子星表面的磁場量級為1010～1014高斯。天鵝座X-1沒有食周期，也沒有規則的脈沖結構，但是，它有不規則的時標更短的脈動漲落。脈動時標在幾毫秒至10秒的范圍內，呈短噪聲特征。根據光譜型估計光學恒星的質量，可以推得天鵝座X-1的質量應大於5.5個太陽質量，這已經超出穩定中子星的最大臨界質量（約2個太陽質量）。因此，目前認為天鵝座 X-1可能是黑洞。
在X射線雙星系統中，通常認為X射線是由光學恒星快速流出的物質被吸積到致密 X射線子星上而引起的。致密星表面引力場很強，落向致密星的物質可以獲得很大的能量。這部分能量就可以轉變為 X射線波段的輻射能量。光學恒星（主星）提供物質的方式大致有三種：①若主星是一個充滿洛希瓣（見臨界等位面）的紅巨星或超巨星，則物質可以通過第一拉格朗日點（見平面圓型限制性三體問題）流到致密星上；②若主星的體積比洛希瓣小得多，則物質的輸運可依靠星風驅動。當星風由主星向外吹時，一部分被致密星捕獲，最後流到致密星表面上；③若主星上存在一些向外噴射物質的活動斑點，那麼當它噴射的物質流掃過致密星時，就可被致密星所吸積。這種輸運方式不要求主星充滿洛希瓣，也不要求它相對致密星有較大的質量比。主星提供物質的方式不同，對於吸積過程有一定影響。但是，由於吸積物質的能量釋放都是在致密星附近進行的，所以X射線發射的主要特征與主星提供物質的方式關系並不太大，可以作為一個孤立的致密星的吸積問題來討論。在致密星附近，穩定吸積運動與致密星的磁場和下落物質的特性有關。吸積物質在具有較大角動量的情況下就形成一個吸積盤。吸積盤內的物質沿螺旋軌道向內運動，逐步旋至致密星表面。這時吸積物質由於本身的作用，會釋放出引力能，引力能變成X射線從吸積盤表面輻射出來。釋放的總能量和輻射能譜同物質從外邊界上流到盤內的吸積率有關。具有強磁場的致密星（如中子星）附近的吸積運動要受到磁場的控制。如果致密星自轉不很迅速，則吸積可以穩定進行。這時，下落的物質將沿著吸積漏鬥內的磁力線落到磁極區，並獲得0.2～0.3mec2（me為電子靜止質量；c為光速）的動能。它與致密星表面相撞，形成熱斑，使很大一部分能量轉變為X射線輻射。這時，如果致密星的轉軸與磁軸並不重合，那麼由它表面發射的X射線，可以具有規則的脈沖周期，武仙座X-1就屬於這種情況。某些密近雙星演化成 X射線雙星的時標和進程如圖下的說明。
