Rilevare le stelle di neutroni richiede strumenti diversi da quelli utilizzati per rilevare le stelle normali e hanno eluso 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, costringendola 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 ultimo bagliore prima del suo crollo finale. Se la stella è grande, creerà una supernova di materiale in espansione, bruciando tutte le sue riserve in un finale spettacolare. Le stelle più piccole vengono spezzate in nuvole di polvere, ma se la stella è abbastanza grande la sua gravità costringerà tutto il 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 le stelle rimaste si fonderanno invece, formando un guscio di neutroni incredibilmente densi. Queste stelle di neutroni raramente emettono luce e si trovano a poche miglia di distanza, rendendole difficili da vedere e difficili da rilevare.
Le stelle di neutroni hanno due caratteristiche principali che gli scienziati possono rilevare. Il primo è un neutrone con un'intensa forza gravitazionale. A volte possono essere rilevati da come la loro gravità influenza gli oggetti più visibili intorno a loro. Tracciando attentamente le interazioni di gravità tra 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 di pulsar. Le pulsar sono stelle di neutroni che ruotano, di solito molto velocemente, a causa della pressione gravitazionale che le ha create. La loro enorme gravità e la loro rapida rotazione fanno sì che fluiscano energia elettromagnetica da entrambi i loro poli magnetici. Questi poli ruotano insieme alla stella di neutroni e se sono rivolti verso la Terra, possono essere raccolti come onde radio. L'effetto è quello di impulsi di onde radio estremamente rapidi quando i due poli si girano uno dopo l'altro per affrontare la Terra mentre la stella di neutroni ruota.
Altre stelle di neutroni producono radiazione X quando i materiali al loro interno si comprimono e riscaldano fino a quando la stella non emette raggi X dai suoi poli. Cercando gli impulsi a raggi X, gli scienziati possono trovare anche queste pulsar a raggi X e aggiungerle all'elenco delle stelle di neutroni conosciute.