A detecção de estrelas de nêutrons requer instrumentos diferentes daqueles usados para detectar estrelas normais e eles iludiram os astrônomos por muitos anos por causa de suas características peculiares. Uma estrela de nêutrons tecnicamente não é mais uma estrela; é a fase que algumas estrelas atingem no final de sua existência. Uma estrela normal queima seu combustível de hidrogênio ao longo de sua vida útil até que o hidrogênio se queime e as forças da gravidade fazem com que a estrela se contraia, forçando-a para dentro até que os gases de hélio passem pela mesma fusão nuclear que o hidrogênio, e a estrela irrompe em um gigante vermelho, um último sinal antes de seu colapso final. Se a estrela for grande, criará uma supernova de material em expansão, queimando todas as suas reservas em um final espetacular. Estrelas menores são divididas em nuvens de poeira, mas se a estrela for grande o suficiente, sua gravidade forçará todo o seu material restante sob enorme pressão. Muita força gravitacional, e a estrela implode, tornando-se um buraco negro, mas com a quantidade certa de gravidade, as estrelas remanescentes se fundirão, formando uma concha de nêutrons incrivelmente densos. Essas estrelas de nêutrons raramente emitem luz e têm apenas alguns quilômetros de diâmetro, tornando-as difíceis de ver e difíceis de detectar.
Estrelas de nêutrons têm duas características principais que os cientistas podem detectar. O primeiro é um nêutron estrelado por uma força gravitacional intensa. Às vezes, eles podem ser detectados pela forma como sua gravidade afeta objetos mais visíveis ao seu redor. Ao traçar cuidadosamente as interações da gravidade entre os objetos no espaço, os astrônomos podem identificar o local onde está localizada uma estrela de nêutrons ou fenômeno semelhante. O segundo método é através da detecção de pulsares. Pulsares são estrelas de nêutrons que giram, geralmente muito rápido, como resultado da pressão gravitacional que os criou. Sua enorme gravidade e rotação rápida fazem com que eles fluam energia eletromagnética de ambos os pólos magnéticos. Esses pólos giram junto com a estrela de nêutrons e, se estiverem de frente para a Terra, podem ser captados como ondas de rádio. O efeito é o de pulsos de ondas de rádio extremamente rápidos, à medida que os dois pólos giram um após o outro para enfrentar a Terra enquanto a estrela de nêutrons gira.
Outras estrelas de nêutrons produzem radiação X quando os materiais dentro delas comprimem e aquecem até que a estrela atire raios X de seus pólos. Ao procurar por pulsos de raios-X, os cientistas podem encontrar esses pulsares de raios-X e adicioná-los à lista de estrelas de nêutrons conhecidas.