Rilevare le stelle di neutroni richiede strumenti diversi da quelli usati per rilevare le stelle normali, e questi eludono gli astronomi per molti anni a causa delle loro caratteristiche peculiari. Una stella di neutroni non è tecnicamente più una stella; è la fase che alcune stelle raggiungono alla fine della loro esistenza. Una stella normale brucia attraverso il suo combustibile a idrogeno nel corso della sua vita fino a quando l'idrogeno viene bruciato e le forze di gravità fanno contrarre la stella, forzandola verso l'interno fino a quando i gas dell'elio attraversano la stessa fusione nucleare che ha fatto l'idrogeno, e la stella esplode in un gigante rosso, un'ultima bagliore prima del suo collasso finale. Se la stella è grande, creerà una supernova di materiale in espansione, bruciando tutte le sue riserve in un finale spettacolare. Stelle più piccole si dividono in nuvole di polvere, ma se la stella è abbastanza grande la sua forza di gravità costringerà tutto il suo materiale rimanente insieme sotto un'enorme pressione. Troppa forza gravitazionale, e la stella implode, diventando un buco nero, ma con la giusta quantità di gravità i resti della stella si fondono invece, formando un guscio di neutroni incredibilmente densi. Queste stelle di neutroni raramente emettono luce e sono solo diverse migliaia di chilometri, rendendole difficili da vedere e difficili da rilevare.

Le stelle di neutroni hanno due caratteristiche principali che gli scienziati possono rilevare. Il primo è l'intensa forza gravitazionale di una stella di neutroni. A volte possono essere rilevati da come la loro gravità influisce su oggetti più visibili intorno a loro. Tracciando con cura le interazioni della gravità tra gli oggetti nello spazio, gli astronomi possono individuare il luogo in cui si trova una stella di neutroni o un fenomeno simile. Il secondo metodo è attraverso il rilevamento delle pulsar. Le pulsar sono stelle di neutroni che ruotano, in genere molto velocemente, a causa della pressione gravitazionale che le ha generate. La loro enorme gravità e la loro rotazione veloce causano la fuoriuscita di energia elettromagnetica dai loro poli magnetici. Questi poli ruotano insieme alla stella di neutroni e, se sono rivolti verso la Terra, possono essere rilevati come onde radio. L'effetto è quello di impulsi di onde radio estremamente rapidi mentre i due poli si girano uno dopo l'altro per affrontare la Terra mentre la stella di neutroni gira.

Altre stelle di neutroni producono radiazioni X quando i materiali al loro interno comprimono e riscaldano fino a la stella spara raggi X dai suoi poli. Cercando gli impulsi dei raggi X, gli scienziati possono trovare questi pulsar a raggi X e aggiungerli all'elenco delle stelle di neutroni conosciute.