pozorování a analýzy proměnných hvězd učiněných Payne-Gaposchkin a Gaposchkin položil základ pro všechny následující práce na proměnných hvězd a jejich použití pro klíče k strukturu hvězd. Proměnné hvězdy jsou hvězdy, které mění jejich jas. Tam jsou čtyři hlavní typy:. (1) pulzující proměnné, (2) vybuchující hvězdy (také volal kataklyzmatické proměnné), (3) zastiňovat binárky, a (4) rotující hvězdy
pulzující proměnné změny jasu, jak se roztahují a smršťují. Oni pulzují každých pár dní na každých 100 dní. Jeden typ pulsujícího proměnné je Cepheid. Astronomové také volat tyto hvězdy Cefeidy proměnné, protože se objevil první v souhvězdí Cepheus. Payne-Gaposchkin a další astronomové mohl říct vzdálenost Cepheid proměnné porovnáním zdánlivou jasnost hvězdy s jejich zářivý výkon. Objev, že další galaxie jsou vzdálené systémy, které nejsou součástí Mléčné dráhy byla provedena pozorováním cefeid.
vybuchující hvězdy nečekaně prasknout s takovou ohromnou energii, že se vrhnout obrovské množství plynu a prachu do vesmíru. Jeden typ explodující hvězdy Payne-Gaposchkin studoval, se nazývá nova, množné číslo novy. Tyto hvězdy stávají tisíckrát jasnější než je obvyklé. Tento jas může trvat několik dní nebo dokonce roky, a pak se vrátí do hvězda tlumeným vzhledu. Některé novy znovu a znovu explodovat. Další druh explodující hvězdy, jako supernova, tisíckrát jasnější než běžné nova.
zákrytové dvojhvězdy jsou dvojhvězdy, které se skládají z dvojice hvězd, které se pohybují kolem sebe. Hvězdy pohybují takovým způsobem, že jeden pravidelně blokuje druhé světlo. Toto blokování snižuje celkový jas dvou hvězd, jak je patrné ze země. Zastiňovat binární soubory jsou jen jeden druh dvojhvězda.
Od roku 1966 do roku 1979, Payne-Gaposchkin zůstala emeritní profesor Harvardu, a od roku 1967 do roku 1979 byla členkou personálu Smithsonian Astrophysical Observatory. Napsala řadu akademických knih a učebnic, stejně jako populární Stars in the Making (1952) a hvězdy a Klastry (1979). Za 20 let, ona editoval publikací na Harvardo
