Was macht ein Dolby Decoder mit gewöhnlichem Stereo-Input?

Welcher Dolby-Dekoder? Es gibt mindestens zwei, den analogen für Dolby Stereo (vulgo: Dolby Surround) und den für Dolby Digital.

Wenn ich das Stereo-Input ohne Decoder an mein 5.1-System anschließe erhalte ich zumindest auf allen Lautsprechern eine Ausgabe.

Was passiert nun, wenn ich einen Dolby-Decoder zwischenschalte?

Die erste Frage wäre, um was es sich bei deinem "5.1-System" handelt. Einen reinen Sechskanalverstärker (Betonung auf Verstärker, er bekommt also sechs Eingangssignale und gibt sie an sechs Lautsprecher weiter) oder einen Heimkinoverstärker, in dem der Dekoder schon eingebaut ist?
Bei letzterem hast du die Wahl, ob du ein zweikanaliges Eingangssignal als Stereo behandeln möchtest, wahlweise mit zweieinhalbiger Verteilung auf deine sechs Lautsprecher, oder ob das Signal in die vier Dolby-Stereo-Kanäle dekodiert und entsprechend verteilt werden soll.

Der Decoder bekommt also ein gewöhnliches Stereo-Signal (also nichts mit Matrix-kodiertes Dolby etc) und ist an mein 5.1-System angeschlossen. Verteilt der Decoder das dann besser?

Du meinst also die Analogvariante? Hat dein Verstärker bereits einen Dekoder eingebaut, hast du nichts davon, noch einen Dekoder davorzuklemmen.

Davon mal abgesehen kann ein Dolby-Stereo-Dekoder nicht erkennen, ob er tatsächlich ein Dolby-Stereo-kodiertes Signal erhält. Er wird sich also bei einem echten Stereosignal irgendwas zurechtmischen, was aufgrund der akkustisch-elektrischen Gegebenheiten, auf denen Dolby Stereo beruht, oftmals auch irgendwie hinkommt. Im dümmsten Fall wirst du allerdings ohrenscheinlich nur aus dem mittleren Lautsprecher etwas hören, anstatt ein breiteres Feld aus den Lautsprechern links und rechts zu erhalten. Das ist dann Geschmackssache.