高质量X射线双星的伴星是一颗致密星，主星为大质量恒星（多数高于10倍太阳质量），光谱型多为O、B型，通常为有明显氢发射线的B型星或超巨星。这类双星的X射线辐射是由于主星吹出的星风被伴星所俘获，并下落到伴星表面而发出的。高质量X射线双星在可见光波段的光度通常大于X射线光度，光学光度主要是由主星贡献的，而X射线辐射则主要由伴星（致密星）所贡献。其X射线谱的特点是较硬，时变特性变现为正常的X射线脉冲，多数出现交食，没有X射线暴。它们的空间分布沿银盘方向比较集中，属于年龄小于10年的年轻星族。