Neutronitähtede tuvastamiseks on vaja instrumente, mis erinevad normaalsete tähtede tuvastamiseks kasutatavatest instrumentidest, ja nende eriliste omaduste tõttu hoidusid astronoomid mitu aastat mööda. Neutronitäht pole tehniliselt enam üldse tähe juures; see on faas, milleni mõned tähed jõuavad oma elu lõppedes. Tavaline täht põleb oma elu jooksul läbi vesinikkütuse, kuni vesinik põleb ja raskusjõud põhjustavad tähe kokkutõmbumist, sundides see sissepoole, kuni heeliumigaasid läbivad sama tuumasünteesi, mida tegi vesinik, ja täht purskab punaseks hiiglaseks, viimaseks leegiks enne lõplikku kokkuvarisemist. Kui täht on suur, loob see paisuva materjali supernoova, põletades kõik suurejoonelised finaalid kokku. Väiksemad tähed jagunevad tolmupilvedeks, kuid kui täht on piisavalt suur, sunnib selle raskusjõud tohutu surve all kokku kogu ülejäänud materjali. Liiga palju gravitatsioonijõudu ja täht implitseerub, muutudes mustaks auguks, kuid õige kogusega gravitatsioonist sulavad tähe jäänused hoopis kokku, moodustades uskumatult tiheda kesta neutronid. Need neutrontähed annavad harva valgust välja ja asuvad vaid mitme miili kaugusel, mistõttu on neid raske näha ja neid on raske tuvastada.
Neutrontähtedel on kaks peamist omadust, mida teadlased suudavad tuvastada. Esimene on neutrontähe tugev gravitatsioonijõud. Mõnikord saab neid tuvastada selle järgi, kuidas nende raskusjõud mõjutab ümbritsevaid nähtavamaid objekte. Planeerides kosmoses olevate objektide raskusjõu vastastikuseid mõjusid, saavad astronoomid täpselt kindlaks määrata neutronitähe või muu sarnase nähtuse asukoha. Teine meetod on pulsarite tuvastamine. Pulsarid on neutronitähed, mis pöörlevad tavaliselt neid tekitanud gravitatsioonirõhu tagajärjel väga kiiresti. Nende tohutu raskusjõu ja kiire pöörlemise tõttu voolavad nad mõlemast magnetpoolusest välja elektromagnetilist energiat. Need poolused pöörlevad koos neutronitähega ja kui nad on suunatud Maale, saab neid üles võtta raadiolainetena. Mõju on äärmiselt kiirete raadiolainete impulssidel, kui kaks poolust pöörlevad üksteise järel Maa poole, samal ajal kui neutrontäht pöörleb.
Teised neutronitähed tekitavad röntgenkiirgust, kui neis olevad materjalid kokku suruvad ja kuumenevad, kuni täht oma poolustest röntgenikiirte välja laseb. Röntgenimpulsse otsides saavad teadlased leida ka need röntgenpulsorid ja lisada need teadaolevate neutronitähtede nimekirja.