Za odkrivanje nevtronskih zvezd so potrebni instrumenti, ki se razlikujejo od tistih, ki se uporabljajo za zaznavanje običajnih zvezd, in so se astronomom dolga leta izmikali zaradi njihovih posebnih značilnosti. Nevtronska zvezda tehnično sploh ni več pri zvezdi; to je faza, ki jo nekatere zvezde dosežejo na koncu svojega obstoja. Običajna zvezda v svojem življenju gori skozi vodikovo gorivo, dokler vodik ne izgori in sile gravitacije povzročijo, da se zvezda skrči in sili navznoter, dokler helijevi plini ne preidejo skozi isto jedrsko fuzijo, kot jo je naredil vodik, in zvezda izbruhne v rdečega orjaka, zadnji izbruh pred dokončnim propadom. Če je zvezda velika, bo ustvarila supernovo iz materiala, ki se širi, in v enem spektakularnem finalu požgala vse svoje rezerve. Manjše zvezde se razdelijo na prašne oblake, toda če je zvezda dovolj velika, bo njena gravitacija pod ogromnim pritiskom prisilila ves njen preostali material. Preveč gravitacijske sile in zvezda implodira in postane črna luknja, vendar s pravo količino v gravitaciji se bodo ostanki zvezde namesto tega stopili skupaj in tvorili neverjetno gosto lupino nevtroni. Te nevtronske zvezde redko oddajajo svetlobo in so le nekaj kilometrov daleč, zato jih je težko videti in jih je težko zaznati.
Nevtronske zvezde imajo dve glavni značilnosti, ki jih lahko znanstveniki zaznajo. Prva je močna gravitacijska sila nevtronske zvezde. Včasih jih lahko zaznamo, kako njihova gravitacija vpliva na bolj vidne predmete okoli njih. Z natančnim načrtovanjem interakcij gravitacije med predmeti v vesolju lahko astronomi natančno določijo kraj, kjer se nahaja nevtronska zvezda ali podoben pojav. Druga metoda je z odkrivanjem pulzarjev. Pulsarji so nevtronske zvezde, ki se zaradi gravitacijskega tlaka, ki jih je ustvaril, vrtijo, običajno zelo hitro. Njihova ogromna gravitacija in hitro vrtenje povzročata, da iz obeh svojih magnetnih polov pretakata elektromagnetno energijo. Ti polovi se vrtijo skupaj z nevtronsko zvezdo in če so obrnjeni proti Zemlji, jih lahko poberejo kot radijske valove. Učinek ima izredno hiter impulz radijskih valov, ko se dva pola obračata drug za drugim, da se obrneta proti Zemlji, medtem ko se nevtronska zvezda vrti.
Druge nevtronske zvezde proizvajajo X-sevanje, ko se materiali v njih stisnejo in segrevajo, dokler zvezda ne izstreli rentgenskih žarkov s svojih polov. Z iskanjem rentgenskih impulzov lahko znanstveniki najdejo tudi te rentgenske pulzarje in jih dodajo na seznam znanih nevtronskih zvezd.
