La détection des étoiles à neutrons nécessite des instruments différents de ceux utilisés pour détecter les étoiles normales. Ils ont échappé aux astronomes pendant de nombreuses années en raison de leurs caractéristiques particulières. Une étoile à neutrons n’est techniquement plus du tout une étoile; c'est la phase que certaines étoiles atteignent à la fin de leur existence. Une étoile normale brûle son combustible d'hydrogène au cours de sa vie, jusqu'à ce que l'hydrogène soit brûlé et que les forces de la gravité provoquent la contraction de l'étoile, la forçant à entrer jusqu'à ce que les gaz d'hélium passent par la même fusion nucléaire que l'hydrogène. l'étoile éclate en un géant rouge, une dernière poussée avant son effondrement final. Si l’étoile est grande, elle créera une supernova de matériaux en expansion, brûlant toutes ses réserves en une finale spectaculaire. Les étoiles plus petites sont séparées en nuages de poussière, mais si l’étoile est suffisamment grande, sa gravité forcera l’ensemble des matériaux qui lui restent à subir une pression énorme. Trop de force gravitationnelle, et l’étoile implose, devenant un trou noir, mais avec la quantité de gravité appropriée, les étoiles restantes vont fusionner pour former une coque de neutrons incroyablement denses. Ces étoiles à neutrons émettent rarement de la lumière et ne font que plusieurs kilomètres de largeur, ce qui les rend difficiles à voir et à détecter.
Les étoiles à neutrons ont deux caractéristiques principales que les scientifiques peuvent détecter. Le premier est une force de gravitation intense des étoiles à neutrons. Ils peuvent parfois être détectés par la façon dont leur gravité affecte des objets plus visibles autour d'eux. En traçant avec soin les interactions de la gravité entre les objets de l’espace, les astronomes peuvent déterminer l’endroit où se trouve une étoile à neutrons ou un phénomène similaire. La deuxième méthode consiste à détecter les pulsars. Les pulsars sont des étoiles à neutrons qui tournent, généralement très rapidement, en raison de la pression gravitationnelle qui les a créés. Leur gravité énorme et leur rotation rapide les font sortir de l’énergie électromagnétique de leurs deux pôles magnétiques. Ces pôles tournent avec l'étoile à neutrons et, s'ils font face à la Terre, ils peuvent être captés sous forme d'ondes radio. L'effet est celui d'impulsions radio extrêmement rapides lorsque les deux pôles se tournent l'un après l'autre pour faire face à la Terre pendant que l'étoile à neutrons tourne.
D'autres étoiles à neutrons produisent un rayonnement X lorsque leurs matériaux se compressent et chauffent jusqu'à ce que l'étoile jette des rayons X à partir de ses pôles. En recherchant des impulsions de rayons X, les scientifiques peuvent également trouver ces pulsars à rayons X et les ajouter à la liste des étoiles à neutrons connues.