La detección de estrellas de neutrones requiere instrumentos diferentes a los que se utilizan para detectar estrellas normales, y eludieron a los astrónomos durante muchos años debido a sus características peculiares. Una estrella de neutrones técnicamente ya no es una estrella en absoluto; es la fase que alcanzan algunas estrellas al final de su existencia. Una estrella normal quema su combustible de hidrógeno a lo largo de su vida hasta que el hidrógeno se quema y las fuerzas de gravedad hacen que la estrella se contraiga, forzando hacia adentro hasta que los gases de helio pasan por la misma fusión nuclear que hizo el hidrógeno, y la estrella estalla en una gigante roja, una última llamarada antes de su colapso final. Si la estrella es grande, creará una supernova de material en expansión, quemando todas sus reservas en un final espectacular. Las estrellas más pequeñas se descomponen en nubes de polvo, pero si la estrella es lo suficientemente grande, su gravedad obligará a todo el material restante a unirse bajo una enorme presión. Demasiada fuerza gravitacional, y la estrella implosiona, convirtiéndose en un agujero negro, pero con la cantidad adecuada. de gravedad, los restos de la estrella se fusionarán en su lugar, formando una capa de increíble densidad neutrones. Estas estrellas de neutrones rara vez emiten luz y solo tienen varios kilómetros de diámetro, lo que las hace difíciles de ver y de detectar.
Las estrellas de neutrones tienen dos características principales que los científicos pueden detectar. El primero es la intensa fuerza gravitacional de una estrella de neutrones. A veces se pueden detectar por la forma en que su gravedad afecta a los objetos más visibles que los rodean. Al trazar cuidadosamente las interacciones de la gravedad entre los objetos en el espacio, los astrónomos pueden señalar el lugar donde se encuentra una estrella de neutrones o un fenómeno similar. El segundo método es mediante la detección de púlsares. Los púlsares son estrellas de neutrones que giran, generalmente muy rápido, como resultado de la presión gravitacional que las creó. Su enorme gravedad y su rápida rotación hacen que emitan energía electromagnética desde sus dos polos magnéticos. Estos polos giran junto con la estrella de neutrones y, si están frente a la Tierra, pueden captarse como ondas de radio. El efecto es el de pulsos de ondas de radio extremadamente rápidos cuando los dos polos giran uno tras otro para mirar hacia la Tierra mientras la estrella de neutrones gira.
Otras estrellas de neutrones producen radiación X cuando los materiales dentro de ellas se comprimen y se calientan hasta que la estrella dispara rayos X desde sus polos. Al buscar pulsos de rayos X, los científicos también pueden encontrar estos púlsares de rayos X y agregarlos a la lista de estrellas de neutrones conocidas.