न्यूट्रॉन सितारों का पता लगाने के लिए ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो सामान्य तारों का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों से भिन्न होते हैं, और वे अपनी विशिष्ट विशेषताओं के कारण कई वर्षों तक खगोलविदों से दूर रहे। एक न्यूट्रॉन तारा तकनीकी रूप से अब किसी तारे पर नहीं है; यह वह चरण है जब कुछ तारे अपने अस्तित्व के अंत में पहुंचते हैं। एक सामान्य तारा अपने हाइड्रोजन ईंधन के माध्यम से अपने जीवन के दौरान तब तक जलता रहता है जब तक कि हाइड्रोजन जल न जाए और गुरुत्वाकर्षण बल तारे को अनुबंधित करने के लिए मजबूर कर दें। यह तब तक अंदर की ओर होता है जब तक हीलियम गैसें उसी परमाणु संलयन से नहीं गुजरती हैं जो हाइड्रोजन ने किया था, और तारा अपने अंतिम पतन से पहले एक लाल विशालकाय, एक अंतिम चमक में फूट जाता है। यदि तारा बड़ा है, तो यह एक शानदार समापन में अपने सभी भंडार को जलाते हुए, विस्तारित सामग्री का एक सुपरनोवा बनाएगा। छोटे तारे धूल के बादलों में अलग हो जाते हैं, लेकिन अगर तारा काफी बड़ा है तो इसका गुरुत्वाकर्षण इसके सभी शेष पदार्थों को भारी दबाव में एक साथ मजबूर कर देगा। बहुत अधिक गुरुत्वाकर्षण बल, और तारा फट जाता है, ब्लैक होल बन जाता है, लेकिन सही मात्रा में गुरुत्वाकर्षण के कारण तारे के अवशेष एक साथ फ्यूज हो जाएंगे, जिससे अविश्वसनीय रूप से घने खोल का निर्माण होगा न्यूट्रॉन ये न्यूट्रॉन तारे शायद ही कभी कोई प्रकाश देते हैं और केवल कई मील या इतने ही पार होते हैं, जिससे उन्हें देखना मुश्किल हो जाता है और उनका पता लगाना मुश्किल हो जाता है।
न्यूट्रॉन सितारों में दो प्राथमिक विशेषताएं होती हैं जिनका वैज्ञानिक पता लगा सकते हैं। पहला न्यूट्रॉन तारे का तीव्र गुरुत्वाकर्षण बल है। कभी-कभी उनका पता लगाया जा सकता है कि उनका गुरुत्वाकर्षण उनके आस-पास अधिक दृश्यमान वस्तुओं को कैसे प्रभावित करता है। अंतरिक्ष में वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण के अंतःक्रियाओं की सावधानीपूर्वक साजिश रचकर, खगोलविद उस स्थान को इंगित कर सकते हैं जहां एक न्यूट्रॉन स्टार या इसी तरह की घटना स्थित है। दूसरी विधि पल्सर का पता लगाने के माध्यम से है। पल्सर न्यूट्रॉन तारे होते हैं जो गुरुत्वाकर्षण दबाव के परिणामस्वरूप स्पिन करते हैं, आमतौर पर बहुत तेजी से। उनके विशाल गुरुत्वाकर्षण और तेज घूर्णन के कारण वे अपने दोनों चुंबकीय ध्रुवों से विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को बाहर निकाल देते हैं। ये ध्रुव न्यूट्रॉन तारे के साथ घूमते हैं, और यदि वे पृथ्वी का सामना कर रहे हैं, तो उन्हें रेडियो तरंगों के रूप में उठाया जा सकता है। इसका प्रभाव अत्यंत तीव्र रेडियो तरंग स्पंदों का होता है क्योंकि दो ध्रुव एक के बाद एक मुड़कर पृथ्वी का सामना करते हैं जबकि न्यूट्रॉन तारा घूमता है।
अन्य न्यूट्रॉन तारे X विकिरण उत्पन्न करते हैं जब उनके भीतर की सामग्री सिकुड़ती है और तब तक गर्म होती है जब तक कि तारा अपने ध्रुवों से X-किरणों को बाहर नहीं निकाल देता। एक्स-रे दालों की खोज करके, वैज्ञानिक इन एक्स-रे पल्सर को भी ढूंढ सकते हैं और उन्हें ज्ञात न्यूट्रॉन सितारों की सूची में जोड़ सकते हैं।