A neutroncsillagok felismerése olyan műszereket igényel, amelyek eltérnek a normál csillagok detektálásához használt műszerektől, és sajátos tulajdonságaik miatt sok éven át kikerültek a csillagászoktól. A neutroncsillag technikailag már nem egy csillag; ez a szakasz, amelyet egyes csillagok elérnek létezésük végén. Egy normál csillag élettartama alatt ég a hidrogén-tüzelőanyaggal, amíg a hidrogén el nem égett, és a gravitációs erők miatt a csillag összehúzódik, befelé kényszerítve, amíg a héliumgázok ugyanazon atomfúzión megy keresztül, mint a hidrogén, és a csillag egy vörös óriásgá alakul ki, az utolsó fáklyának a végső összeomlása előtt. Ha a csillag nagy, szupernóvát képez a kiterjedő anyagból, és minden tartalékát egy látványos fináléba égetheti el. A kisebb csillagok porfelhőké válnak szét, de ha a csillag elég nagy, akkor a gravitáció óriási nyomás alatt összes fennmaradó anyagát össze fogja kényszeríteni. Túl sok a gravitációs erő, és a csillag felrobbant, és fekete lyukká válik, de a megfelelő mennyiségű gravitáció mellett a csillagok maradnak összeolvadva, és hihetetlenül sűrű neutronokból álló héjat képeznek. Ezek a neutroncsillagok ritkán bocsátanak ki fényt, és csak néhány mérföldnyire vannak egymástól, így nehezen láthatók és nehezen észlelhetők.
A neutroncsillagoknak két elsődleges tulajdonsága van, amelyeket a tudósok észlelhetnek. Az első egy neutroncsillagok intenzív gravitációs erő. Néha felismerhetők azáltal, hogy gravitáció hogyan hat a láthatóbb tárgyakra körülöttük. Az űrben lévő tárgyak gravitációs kölcsönhatásainak gondos ábrázolásával a csillagászok meg tudják határozni azt a helyet, ahol egy neutroncsillag vagy hasonló jelenség található. A második módszer a pulzátorok detektálása. A pulzárok olyan neutroncsillagok, amelyek általában nagyon gyorsan forognak az őket létrehozó gravitációs nyomás eredményeként. Óriási gravitációjuk és gyors forgásuk miatt mindkét mágneses pólusukból áramlik ki az elektromágneses energia. Ezek a pólusok a neutroncsillaggal együtt forognak, és ha a Föld felé néznek, rádióhullámként felvehetők. Ennek az a következménye, hogy a rendkívül gyors rádióhullám-impulzusok a két pólus egymás után fordulnak, hogy a Föld felé nézzenek, miközben a neutroncsillag forog.
Más neutroncsillagok röntgen sugárzást bocsátanak ki, amikor az azokban levő anyagok összenyomódnak és felmelegsznek, amíg a csillag röntgenfelvételek ki nem lépnek pólusaiból. Röntgensugár-impulzusok keresésével a tudósok megtalálhatják ezeket a röntgen-impulzusokat is, és hozzáadhatják azokat az ismert neutroncsillagok listájához.