Detectarea stelelor de neutroni necesită instrumente care sunt diferite de cele utilizate pentru a detecta stelele normale și au evitat astronomii timp de mulți ani datorită caracteristicilor lor specifice. O stea neutronică nu mai este deloc tehnică la o stea; este faza la care unele stele ajung la sfârșitul existenței lor. O stea normală arde prin combustibilul său cu hidrogen pe parcursul vieții sale până când hidrogenul este ars și forțele gravitaționale determină steaua să se contracte, forțând se îndreaptă spre interior până când gazele de heliu trec prin aceeași fuziune nucleară pe care a făcut-o hidrogenul, iar steaua izbucnește într-un gigant roșu, o ultimă erupție înainte de prăbușirea sa finală. Dacă steaua este mare, va crea o supernova de material în expansiune, arzându-și toate rezervele într-un final spectaculos. Stelele mai mici sunt despărțite în nori de praf, dar dacă steaua este suficient de mare, gravitația ei va forța tot materialul rămas împreună sub o presiune enormă. Prea multă forță gravitațională, iar steaua implodează, devenind o gaură neagră, dar cu cantitatea potrivită de greutate rămășițele stelei se vor contopi, formând o coajă incredibil de densă neutroni. Aceste stele de neutroni dau rar lumină și au o distanță de doar câțiva kilometri, ceea ce le face greu de văzut și dificil de detectat.
Stelele cu neutroni au două caracteristici principale pe care oamenii de știință le pot detecta. Prima este forța gravitațională intensă a unei stele de neutroni. Uneori pot fi detectați prin modul în care gravitația lor afectează obiecte mai vizibile din jurul lor. Trasând cu atenție interacțiunile gravitaționale dintre obiectele din spațiu, astronomii pot identifica locul în care se află o stea de neutroni sau un fenomen similar. A doua metodă este prin detectarea pulsarilor. Pulsarii sunt stele de neutroni care se rotesc, de obicei foarte repede, ca urmare a presiunii gravitaționale care le-a creat. Gravitația lor enormă și rotația rapidă îi determină să curgă energie electromagnetică din ambii poli magnetici. Acești poli se învârt împreună cu steaua de neutroni și, dacă sunt cu fața la Pământ, pot fi preluați ca unde radio. Efectul este cel al impulsurilor de unde radio extrem de rapide pe măsură ce cei doi poli se întorc unul după altul pentru a înfrunta Pământul în timp ce steaua neutronică se rotește.
Alte stele cu neutroni produc radiații X atunci când materialele din ele se comprimă și se încălzesc până când steaua trage raze X din polii săi. Căutând impulsuri cu raze X, oamenii de știință pot găsi și aceste pulsare cu raze X și le pot adăuga la lista stelelor de neutroni cunoscute.