A neutroncsillagok detektálásához olyan eszközökre van szükség, amelyek különböznek a normál csillagok észleléséhez használtaktól, és sajátos jellemzőik miatt sok éven át kitértek a csillagászok elől. A neutroncsillag gyakorlatilag már egyáltalán nincs csillagnál; ez az a fázis, amelyet egyes csillagok létük végén elérnek. Egy normális csillag élete során ég a hidrogén-tüzelőanyagán keresztül, amíg a hidrogén ki nem ég, és a gravitációs erők a csillag összehúzódására kényszerítik befelé, amíg a héliumgázok ugyanazon a magfúzión mennek keresztül, mint a hidrogén, és a csillag vörös óriássá válik, amely utolsó fellobbanása a végső összeomlása előtt. Ha a csillag nagy, akkor egy táguló anyagú szupernóva jön létre, amely minden tartalékát egy látványos fináléban elégeti. A kisebb csillagok porfelhőkké oszlanak szét, de ha a csillag elég nagy, akkor gravitációja hatalmas nyomás alatt összefogja az összes megmaradt anyagát. Túl sok a gravitációs erő, és a csillag implodálódik, fekete lyukká válik, de megfelelő mennyiséggel A gravitáció súlyának köszönhetően a csillag maradványai összeolvadnak, hihetetlenül sűrű héjat alkotva neutronok. Ezek a neutroncsillagok ritkán adnak fényt, és csak néhány mérföldnyire vannak egymástól, ami miatt nehezen láthatók és nehezen észlelhetők.
A neutroncsillagoknak két elsődleges jellemzőjük van, amelyeket a tudósok képesek észlelni. Az első egy neutroncsillag intenzív gravitációs ereje. Néha felismerhetők azok alapján, hogy gravitációjuk hogyan hat a körülöttük láthatóbb tárgyakra. Az űrben lévő objektumok közötti gravitáció kölcsönhatásainak körültekintő ábrázolásával a csillagászok meghatározhatják azt a helyet, ahol egy neutroncsillag vagy hasonló jelenség található. A második módszer a pulzárok detektálása. A pulzerek olyan neutroncsillagok, amelyek általában nagyon gyorsan forognak az őket létrehozó gravitációs nyomás eredményeként. Óriási gravitációjuk és gyors forgásuk miatt mindkét mágneses pólusukból elektromágneses energiát áramolnak ki. Ezek a pólusok a neutroncsillaggal együtt forognak, és ha a Föld felé néznek, rádióhullámként felvehetik őket. Ennek hatása a rendkívül gyors rádióhullám-impulzusok eredménye, amikor a két pólus egymás után fordul a Föld felé, miközben a neutroncsillag forog.
Más neutroncsillagok akkor sugárzanak X-et, amikor a bennük lévő anyagok összenyomódnak és addig hevítenek, amíg a csillag nem röpíti ki pólusait. A röntgenimpulzusok keresésével a tudósok megtalálhatják ezeket a röntgenpulzusokat is, és felvehetik az ismert neutroncsillagok listájára.