การตรวจจับดาวนิวตรอนต้องใช้เครื่องมือที่แตกต่างจากที่ใช้ในการตรวจจับดาวปกติ และพวกมันก็หลบหลีกนักดาราศาสตร์มาหลายปีเนื่องจากลักษณะเฉพาะของพวกมัน ในทางเทคนิคแล้วดาวนิวตรอนจะไม่กลายเป็นดาวอีกต่อไป เป็นช่วงที่ดาวบางดวงไปถึงเมื่อสิ้นสุดการดำรงอยู่ ดาวฤกษ์ปกติจะเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนตลอดช่วงชีวิตจนกว่าไฮโดรเจนจะถูกเผาไหม้และแรงโน้มถ่วงทำให้ดาวหดตัว บังคับ มันเข้าไปข้างในจนกว่าก๊าซฮีเลียมจะผ่านการหลอมรวมนิวเคลียร์แบบเดียวกับที่ไฮโดรเจนทำ และดาวก็ปะทุเป็นดาวยักษ์แดง ซึ่งเป็นเปลวไฟครั้งสุดท้ายก่อนจะยุบตัวครั้งสุดท้าย หากดาวฤกษ์มีขนาดใหญ่ มันจะสร้างซุปเปอร์โนวาของวัตถุที่กำลังขยายตัว เผาผลาญสำรองทั้งหมดของมันในตอนจบอันน่าทึ่งเพียงครั้งเดียว ดาวที่มีขนาดเล็กกว่าจะถูกแยกออกเป็นเมฆฝุ่น แต่ถ้าดาวมีขนาดใหญ่พอ แรงโน้มถ่วงของมันจะบังคับให้วัสดุที่เหลือทั้งหมดรวมกันภายใต้แรงกดดันมหาศาล แรงโน้มถ่วงมากเกินไปและดาวระเบิดกลายเป็นหลุมดำ แต่มีปริมาณที่เหมาะสม ซากของดาวจะหลอมรวมกันเป็นเปลือกที่มีความหนาแน่นสูงอย่างไม่น่าเชื่อ นิวตรอน ดาวนิวตรอนเหล่านี้ไม่ค่อยให้แสงใด ๆ และอยู่ห่างออกไปเพียงไม่กี่ไมล์เท่านั้น ทำให้มองเห็นได้ยากและตรวจจับได้ยาก
ดาวนิวตรอนมีลักษณะเด่นสองประการที่นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจพบได้ อย่างแรกคือแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของดาวนิวตรอน บางครั้งสามารถตรวจพบได้โดยวิธีที่แรงโน้มถ่วงส่งผลต่อวัตถุที่มองเห็นได้รอบตัว นักดาราศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งที่ดาวนิวตรอนหรือปรากฏการณ์ที่คล้ายกันตั้งอยู่ได้ด้วยการวางแผนความสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุในอวกาศอย่างรอบคอบ วิธีที่สองคือการตรวจหาพัลซาร์ พัลซาร์เป็นดาวนิวตรอนที่หมุนเร็วมาก อันเป็นผลมาจากแรงกดดันโน้มถ่วงที่สร้างขึ้น แรงดึงดูดมหาศาลและการหมุนที่รวดเร็วทำให้พวกมันส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากขั้วแม่เหล็กทั้งสองของพวกมัน ขั้วเหล่านี้หมุนไปพร้อมกับดาวนิวตรอน และหากพวกมันหันหน้าเข้าหาโลก พวกมันจะถูกหยิบขึ้นมาเป็นคลื่นวิทยุ ผลที่ได้คือคลื่นวิทยุจะกะพริบเร็วมากเมื่อขั้วทั้งสองหมุนกันไปมาที่โลกในขณะที่ดาวนิวตรอนหมุน
ดาวนิวตรอนอื่น ๆ จะสร้างรังสีเอ็กซ์เมื่อวัสดุภายในนั้นบีบอัดและทำให้ร้อนจนกระทั่งดาวฤกษ์จะยิงรังสีเอกซ์ออกจากขั้วของมัน นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นหาพัลซาร์เอ็กซ์เรย์เหล่านี้ได้เช่นกัน และเพิ่มเข้าไปในรายชื่อดาวนิวตรอนที่รู้จัก