Η ανίχνευση αστεριών νετρονίων απαιτεί όργανα που είναι διαφορετικά από αυτά που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση φυσιολογικών αστεριών και απέφυγαν τους αστρονόμους για πολλά χρόνια λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών τους. Ένα αστέρι νετρονίων δεν είναι τεχνικά πλέον σε ένα αστέρι. είναι η φάση που φτάνουν ορισμένα αστέρια στο τέλος της ύπαρξής τους. Ένα κανονικό άστρο καίει μέσω του καυσίμου υδρογόνου του κατά τη διάρκεια της ζωής του έως ότου το υδρογόνο καίγεται και οι δυνάμεις της βαρύτητας προκαλούν τη συστολή του αστεριού, αναγκάζοντας προς τα μέσα έως ότου τα αέρια ηλίου περάσουν από την ίδια πυρηνική σύντηξη με το υδρογόνο και το αστέρι εκρήγνυται σε έναν κόκκινο γίγαντα, μια τελευταία φλόγα πριν από την τελική κατάρρευση. Εάν το αστέρι είναι μεγάλο, θα δημιουργήσει μια σουπερνόβα διαστελλόμενου υλικού, κάνοντας όλα τα αποθέματά του σε ένα εντυπωσιακό φινάλε. Τα μικρότερα αστέρια διασπώνται σε σύννεφα σκόνης, αλλά εάν το αστέρι είναι αρκετά μεγάλο, η βαρύτητά του θα αναγκάσει όλο το υπόλοιπο υλικό του μαζί υπό τεράστια πίεση. Πάρα πολύ βαρυτική δύναμη, και το αστέρι εκραγεί, γίνεται μια μαύρη τρύπα, αλλά με τη σωστή ποσότητα της βαρύτητας τα υπολείμματα του αστεριού θα συγχωνευτούν μαζί, σχηματίζοντας ένα κέλυφος απίστευτα πυκνού νετρόνια. Αυτά τα αστέρια νετρονίων σπάνια εκπέμπουν φως και απέχουν μόνο αρκετά μίλια, καθιστώντας τα δύσκολα ορατά και δύσκολο να εντοπιστούν.
Τα αστέρια νετρονίων έχουν δύο κύρια χαρακτηριστικά που μπορούν να ανιχνεύσουν οι επιστήμονες. Το πρώτο είναι η έντονη βαρυτική δύναμη ενός αστεριού νετρονίων. Μερικές φορές μπορούν να ανιχνευθούν από το πώς η βαρύτητά τους επηρεάζει πιο ορατά αντικείμενα γύρω τους. Σχεδιάζοντας προσεκτικά τις αλληλεπιδράσεις της βαρύτητας μεταξύ αντικειμένων στο διάστημα, οι αστρονόμοι μπορούν να εντοπίσουν τον τόπο όπου βρίσκεται ένα αστέρι νετρονίων ή παρόμοιο φαινόμενο. Η δεύτερη μέθοδος είναι μέσω της ανίχνευσης των πάλσαρ. Τα παλίσια είναι αστέρια νετρονίων που περιστρέφονται, συνήθως πολύ γρήγορα, ως αποτέλεσμα της βαρυτικής πίεσης που τα δημιούργησε. Η τεράστια βαρύτητά τους και η γρήγορη περιστροφή τους προκαλούν τη ροή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και από τους δύο μαγνητικούς πόλους τους. Αυτοί οι πόλοι περιστρέφονται μαζί με το αστέρι νετρονίων και αν βλέπουν τη Γη, μπορούν να ληφθούν ως ραδιοκύματα. Το αποτέλεσμα είναι αυτό των εξαιρετικά γρήγορων παλμών ραδιοκυμάτων καθώς οι δύο πόλοι περιστρέφονται ο ένας μετά τον άλλο για να αντιμετωπίσουν τη Γη ενώ το αστέρι νετρονίων περιστρέφεται.
Άλλα αστέρια νετρονίων παράγουν ακτινοβολία Χ όταν τα υλικά μέσα τους συμπιέζονται και θερμαίνονται έως ότου το αστέρι βγάλει ακτίνες Χ από τους πόλους του. Ψάχνοντας για παλμούς ακτίνων Χ, οι επιστήμονες μπορούν να βρουν επίσης αυτούς τους πάλσαρ ακτίνων Χ και να τους προσθέσουν στη λίστα των γνωστών αστεριών νετρονίων.