La estrella más brillante de la constelación es α Chamaeleontis, una estrella de la secuencia principal de tipo espectral F5V.^[1]​ Tiene una temperatura efectiva de 6776 K, una masa estimada un 40 % mayor que la del Sol^[2]​ y una luminosidad siete veces mayor que la luminosidad solar.

La segunda estrella, en cuanto a brillo, es γ Chamaeleontis, una gigante distante 418 años luz —6,5 veces más alejada que α Chamaeleontis— con un radio aproximadamente 87 veces más grande que el del Sol.^[3]​ La siguiente estrella más brillante, β Chamaeleontis, es una estrella blanco-azulada de tipo B4V^[4]​ cinco veces más masiva que el Sol.^[5]​

Entre las variables de la constelación se encuentran las binarias eclipsantes RS Chamaeleontis y RZ Chamaeleontis. La primera está formada por dos estrellas A8V —con un período orbital de 1,6699 días— y la segunda por dos estrellas F5V idénticas —con un período orbital de 2,8321 días—.^[6]​ Por otra parte, DX Chamaeleontis es un sistema binario formado por una estrella Herbig Ae/Be de tipo A4V^[7]​ y 1,9 masas solares, junto a una estrella T Tauri. El sistema se localiza a 346 años luz del sistema solar.^[8]​

Ceibo, nombre oficial de HD 6354,^[9]​ es una enana naranja de tipo K3Vk^[10]​ orbitada por un planeta de tipo «júpiter caliente».^[11]​ En Chamaeleon también se localiza OTS 44, una enana marrón rodeada por un disco formado por partículas de hielo y roca.^[12]​ Hasta el descubrimiento de Cha 110913-773444, OTS 44 era la enana marrón más pequeña conocida.^[13]​

En esta constelación se encuentra el cúmulo abierto Mamajek 1, uno de los más próximos a la Tierra, pues está a 105 pársecs. Con una edad de apenas 8 millones de años,^[14]​ su estrella más prominente es η Chamaleontis. Por otro lado, el complejo de Chamaeleon es una gran región de formación estelar que incluye las nebulosas oscuras Chamaeleon I, Chamaeleon II y Chamaeleon III. La primera de ellas, distante 160 pársecs, es la región de formación estelar más cercana.^[15]​ Mucho más alejada —a unos 2000 pársecs— se encuentra la nebulosa planetaria NGC 3195, descubierta en 1835 por John Herschel.^[16]​

• α Chamaeleontis, estrella blanco-amarilla, la más brillante de la constelación con magnitud 4,05.
• γ Chamaeleontis, estrella gigante roja, la segunda más brillante con magnitud 4,09.
• δ Chamaeleontis, denominación de Bayer utilizada para dos estrellas distintas: δ¹ Chamaeleontis, una gigante naranja de magnitud 5,46, y δ² Chamaeleontis, subgigante blanco-azulada de magnitud 4,45. Están separadas algo más de 4 minutos de arco.
• ε Chamaeleontis, estrella doble de magnitud 4,88, cuyas componentes, muy próximas, están a una distancia de 1 segundo de arco.
• θ Chamaeleontis, estrella doble en donde las componentes, de magnitudes 4,35 y 12,44, se encuentran separadas 31 segundos de arco.

• π Chamaeleontis, gigante blanco-amarilla de magnitud 5,65.
• 9 Chamaeleontis (RS Chamaeleontis), binaria eclipsante de magnitud 6,07.
• DX Chamaeleontis, joven estrella Herbig Ae/Be de magnitud 6,50 que aún no ha entrado en la secuencia principal.
• RZ Chamaeleontis, binaria eclipsante de magnitud 8,09.
• OTS 44, enana marrón con un disco protoplanetario.
• IRAS 12556-7731, gigante roja rica en litio.
• SCR 1138-7721, tenue enana roja descubierta en 2004 distante 26,7 años luz.

• β Cha 4,24; ζ Cha 5,07; η Cha 5,46; ι Cha 5,34; κ Cha 5,04; μ Cha 5,53; μ² Cha 6,60; ν Cha 5,43

• Mamajek 1 o cúmulo de η Chamaleontis, descubierto en 1999.
• NGC 3195 AR: 10h 09m 30.0s Dec: -80°52′0″ (Época 2000). Nebulosa planetaria entre δ Chamaeleontis y ζ Chamaeleontis.

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