La detección de estrellas de neutrones requiere instrumentos que son diferentes a los utilizados para detectar estrellas normales, y han eludido a los astrónomos durante muchos años debido a sus características peculiares. Una estrella de neutrones técnicamente ya no está en una estrella; es la fase que alcanzan algunas estrellas al final de su existencia. Una estrella normal quema a través de su combustible de hidrógeno a lo largo de su vida hasta que el hidrógeno se quema y las fuerzas de la gravedad hacen que la estrella se contraiga, forzándola hacia adentro hasta que los gases de helio atraviesen la misma fusión nuclear que el hidrógeno y la estrella entra en erupción en un gigante rojo, una última llamarada antes de su colapso final. Si la estrella es grande, creará una supernova de material en expansión, quemando todas sus reservas en un espectacular final. Las estrellas más pequeñas se rompen en nubes de polvo, pero si la estrella es lo suficientemente grande, su gravedad forzará la totalidad de su material restante bajo una enorme presión. Demasiada fuerza gravitacional, y la estrella implosiona, convirtiéndose en un agujero negro, pero con la cantidad correcta de gravedad los restos de la estrella se fusionarán en su lugar, formando una capa de neutrones increíblemente densos. Estas estrellas de neutrones raramente emiten luz y tienen solo varios kilómetros de diámetro, lo que las hace difíciles de ver y difíciles de detectar.

Las estrellas de neutrones tienen dos características principales que los científicos pueden detectar. El primero es la intensa fuerza gravitacional de una estrella de neutrones. A veces pueden detectarse por la forma en que su gravedad afecta a los objetos más visibles que los rodean. Al planear cuidadosamente las interacciones de la gravedad entre los objetos en el espacio, los astrónomos pueden identificar el lugar donde se encuentra una estrella de neutrones o un fenómeno similar. El segundo método es a través de la detección de púlsares. Los púlsares son estrellas de neutrones que giran, generalmente muy rápido, como resultado de la presión gravitacional que los creó. Su enorme gravedad y rápida rotación les hace expulsar la energía electromagnética de sus dos polos magnéticos. Estos polos giran junto con la estrella de neutrones, y si están orientados hacia la Tierra, pueden tomarse como ondas de radio. El efecto es el de pulsos de ondas de radio extremadamente rápidos cuando los dos polos se vuelven uno tras otro para mirar hacia la Tierra mientras la estrella de neutrones gira.

Otras estrellas de neutrones producen radiación X cuando los materiales dentro de ellas se comprimen y calientan hasta la estrella dispara rayos X desde sus polos. Al buscar pulsos de rayos X, los científicos también pueden encontrar estos púlsares de rayos X y agregarlos a la lista de estrellas de neutrones conocidas.