Откриването на неутронни звезди изисква инструменти, които са различни от тези, използвани за откриване на нормални звезди, и те дълги години са избягвали астрономите поради техните особености. Неутронната звезда технически вече не е на звезда; това е фазата, която някои звезди достигат в края на своето съществуване. Нормална звезда изгаря своето водородно гориво в течение на живота си, докато водородът изгори и силите на гравитацията накарат звездата да се свие, принуждавайки тя навътре, докато хелиевите газове преминат през същия ядрен синтез, който е направил и водородът, и звездата изригва в червен гигант, последен изблик преди окончателния му колапс. Ако звездата е голяма, тя ще създаде супернова от разширяващ се материал, изгаряйки всичките си резерви в един грандиозен финал. По-малките звезди се разбиват на прахообразни облаци, но ако звездата е достатъчно голяма, гравитацията ще форсира целия си останал материал под огромен натиск. Твърде много гравитационна сила и звездата имплодира, превръщайки се в черна дупка, но с точното количество на гравитацията останките на звездата вместо това ще се слеят, образувайки невероятно плътна обвивка неутрони. Тези неутронни звезди рядко излъчват някаква светлина и са само на няколко мили около тях, което ги прави трудно видими и трудни за откриване.
Неутронните звезди имат две основни характеристики, които учените могат да открият. Първата е интензивната гравитационна сила на неутронна звезда. Понякога могат да бъдат открити от това как тяхната гравитация влияе на по-видими обекти около тях. Чрез внимателно начертаване на взаимодействията на гравитацията между обектите в космоса астрономите могат да определят мястото, където се намира неутронна звезда или подобен феномен. Вторият метод е чрез откриване на пулсари. Пулсарите са неутронни звезди, които се въртят, обикновено много бързо, в резултат на гравитационното налягане, което ги е създало. Тяхната огромна гравитация и бързо въртене ги карат да излъчват електромагнитна енергия от двата си магнитни полюса. Тези полюси се въртят заедно с неутронната звезда и ако са обърнати към Земята, те могат да бъдат уловени като радиовълни. Ефектът е от изключително бързи импулси на радиовълните, тъй като двата полюса се завъртат един след друг, за да се обърнат към Земята, докато неутронната звезда се върти.
Други неутронни звезди произвеждат рентгеново лъчение, когато материалите в тях се компресират и нагряват, докато звездата изхвърля рентгенови лъчи от полюсите си. Търсейки рентгенови импулси, учените могат да намерят и тези рентгенови пулсари и да ги добавят към списъка на известните неутронни звезди.