Η ανίχνευση των άστρων νετρονίων απαιτεί όργανα διαφορετικά από εκείνα που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση κανονικών αστεριών και απέφυγαν τους αστρονόμους για πολλά χρόνια λόγω των ιδιόρρυθμων χαρακτηριστικών τους. Ένα αστέρι νετρονίων δεν είναι πλέον τεχνικά σε ένα αστέρι. είναι η φάση που φτάνουν μερικά άστρα στο τέλος της ύπαρξής τους. Ένα κανονικό αστέρι καίγεται μέσω του καυσίμου υδρογόνου του κατά τη διάρκεια της ζωής του έως ότου το υδρογόνο καεί και οι δυνάμεις της βαρύτητας προκαλούν το άστρο να συστέλλεται, αναγκάζοντάς το προς τα μέσα μέχρι τα αέρια ηλίου να περάσουν από την ίδια πυρηνική σύντηξη που έκανε το υδρογόνο και το αστέρι ξεσπά σε έναν κόκκινο γίγαντα, ένα τελευταίο φλογερό πριν την τελική κατάρρευση του. Εάν το αστέρι είναι μεγάλο, θα δημιουργήσει μια σουπερνόβα από επεκτεινόμενο υλικό, κάνοντας φρεσκάρισμα όλων των αποθεμάτων του σε ένα θεαματικό φινάλε. Τα μικρότερα αστέρια διασπώνται σε σύννεφα σκόνης, αλλά αν το αστέρι είναι αρκετά μεγάλο, η βαρύτητά του θα αναγκάσει το υπόλοιπο υλικό μαζί κάτω από τεράστια πίεση. Πολύ μεγάλη βαρυτική δύναμη και οι αστρονόμοι, που γίνονται μια μαύρη τρύπα, αλλά με τη σωστή βαρύτητα που απομένουν τα αστέρια θα συγχωνευθούν, σχηματίζοντας ένα κέλυφος από εξαιρετικά πυκνά νετρόνια. Αυτά τα αστέρια νετρονίων σπάνια εκπέμπουν οποιοδήποτε φως και είναι μόνο αρκετά μίλια ή και έτσι, καθιστώντας τα δύσκολα να τα δουν και είναι δύσκολο να εντοπιστούν.
Τα αστέρια των νετρονίων έχουν δύο βασικά χαρακτηριστικά που μπορούν να ανιχνεύσουν οι επιστήμονες. Το πρώτο είναι μια έντονη βαρυτική δύναμη των νετρονίων. Μπορούν μερικές φορές να εντοπιστούν από το πώς η βαρύτητά τους επηρεάζει περισσότερα ορατά αντικείμενα γύρω τους. Με προσεκτική σχεδίαση των αλληλεπιδράσεων της βαρύτητας μεταξύ αντικειμένων στο διάστημα, οι αστρονόμοι μπορούν να εντοπίσουν τον τόπο όπου βρίσκεται ένα αστέρι νετρονίων ή παρόμοιο φαινόμενο. Η δεύτερη μέθοδος είναι μέσω της ανίχνευσης των παλμών. Τα πάλσαρ είναι αστέρια νετρονίων που γυρίζουν, συνήθως πολύ γρήγορα, ως αποτέλεσμα της βαρυτικής πίεσης που τους δημιούργησε. Η τεράστια βαρύτητα και η γρήγορη περιστροφή τους αναγκάζουν να εκτοξεύουν ηλεκτρομαγνητική ενέργεια από τους δύο μαγνητικούς πόλους τους. Αυτοί οι πόλοι στροβιλίζονται μαζί με το αστέρι νετρονίων και εάν αντιμετωπίζουν τη Γη, μπορούν να ληφθούν ως ραδιοκύματα. Η επίδραση είναι αυτή των εξαιρετικά γρήγορων παλμών ραδιοκυμάτων καθώς οι δύο πόλοι γυρίζουν το ένα μετά το άλλο για να αντιμετωπίσουν τη Γη ενώ το αστέρι νετρονίων στροφές.
Άλλα αστέρια νετρονίων παράγουν ακτινοβολία Χ όταν τα υλικά μέσα σε αυτά συμπιέζουν και θερμαίνονται μέχρις ότου το αστέρι βγάλει ακτίνες Χ από τους πόλους του. Αναζητώντας παλμούς ακτίνων Χ, οι επιστήμονες μπορούν επίσης να βρουν αυτούς τους παλμούς ακτίνων Χ και να τις προσθέσουν στη λίστα των γνωστών αστέρων νετρονίων.