Откриването на неутронни звезди изисква инструменти, които са различни от тези, използвани за откриване на нормални звезди, и те се избягват от астрономите в продължение на много години поради техните особени характеристики. Неутронната звезда технически вече не е звезда; това е фазата, която някои звезди достигат в края на своето съществуване. Нормалната звезда гори през водородното си гориво през целия си живот, докато водородът не се изгори и силите на гравитацията причинят звездата да се свие, принуждавайки я навътре, докато хелиевите газове преминат през същия ядрен синтез, който направи водородът, и звездата изригва в червен гигант, последен пламък преди окончателния си крах. Ако звездата е голяма, тя ще създаде супернова от разширяващ се материал, изгаряйки всичките си резерви в един грандиозен финал. По-малките звезди се разделят на облаци прах, но ако звездата е достатъчно голяма, гравитацията ще форсира целия си остатъчен материал заедно под огромен натиск. Твърде много гравитационна сила и звездата имплодира, превръщайки се в черна дупка, но с правилното количество гравитация звездите остават да се слеят заедно, образувайки обвивка от невероятно плътни неутрони. Тези неутронни звезди рядко излъчват каквато и да е светлина и са на разстояние само няколко километра, което ги прави трудни за видимост и трудно разпознаваеми.
Нейтронните звезди имат две основни характеристики, които учените могат да открият. Първият е интензивна гравитационна сила на неутронни звезди. Те понякога могат да бъдат открити по какъв начин гравитацията им влияе на по-видими обекти около тях. Чрез внимателно изчертаване на взаимодействията на гравитацията между обекти в космоса, астрономите могат да определят мястото, където се намира неутронна звезда или подобно явление. Вторият метод е чрез откриване на пулсари. Пулсарите са неутронни звезди, които се въртят, обикновено много бързо, в резултат на гравитационното налягане, което ги е създало. Огромната им гравитация и бързото въртене ги карат да изтичат електромагнитна енергия от двата си магнитни полюса. Тези полюси се въртят заедно с неутронната звезда и ако са обърнати към Земята, те могат да бъдат взети като радиовълни. Ефектът е от изключително бързите радиовълни импулси, тъй като двата полюса се обръщат един след друг, за да се обърнат към Земята, докато неутронната звезда се върти.
Други неутронни звезди произвеждат X радиация, когато материалите в тях се компресират и нагряват, докато звездата изстрелва рентгенови лъчи от полюсите си. Търсейки рентгенови импулси, учените могат да намерят и тези рентгенови пулсари и да ги добавят към списъка с известни неутронни звезди.