Выборочная дисперсия является теоретической дисперсией выборочного распределения. Более точно, пусть — выборочная функция распределения данной выборки. Тогда для любого фиксированного функция является (неслучайной) функцией дискретного распределения. Дисперсия этого распределения равна .
Обе выборочные дисперсии являются состоятельными оценками теоретической дисперсии. Если , то
И ,
где обозначает сходимость по вероятности.
Выборочная дисперсия является смещённой оценкой теоретической дисперсии, а исправленная выборочная дисперсия несмещённой:
,
И
.
Выборочная дисперсия нормального распределения имеет распределение хи-квадрат. Пусть . Тогда