Nötron yıldızlarını tespit etmek, normal yıldızları tespit etmek için kullanılanlardan farklı enstrümanlar gerektirir ve astronomlarını tuhaf özelliklerinden dolayı yıllarca atlattılar. Bir nötron yıldızı teknik olarak artık bir yıldızda değildir; Bazı yıldızların varlığının sonunda ulaştığı aşamadır. Normal bir yıldız, hidrojen yanıncaya ve hidrojen yanıncaya ve yerçekimi kuvvetleri yıldızın büzüşmesine neden olur, helyum gazları hidrojenin yaptığı nükleer füzyondan geçene kadar içeri doğru zorlar ve yıldız, son çöküşünden önceki son bir parlama olan kırmızı bir deve dönüşür. Eğer yıldız büyükse, tüm rezervlerini tek bir muhteşem finalde yakan, genişleyen malzemenin bir süpernovasını oluşturacaktır. Küçük yıldızlar toz bulutlarına bölünür, ancak yıldız yeterince büyükse, yerçekimi kalan malzemesinin tümünü muazzam baskı altında birlikte zorlar. Çok fazla yerçekimi kuvveti ve yıldız bir kara delik haline gelir, ancak doğru yerçekimi ile yıldızlar bir araya gelip birleşerek inanılmaz derecede yoğun nötronlar kabuğu oluşturur. Bu nötron yıldızları nadiren herhangi bir ışık yayarlar ve sadece birkaç mil ötededir, bu da onları görmeyi zorlaştırır ve algılamasını zorlaştırır.
Nötron yıldızları, bilim adamlarının tespit edebileceği iki temel özelliğe sahiptir. Birincisi bir nötron yıldızları yoğun çekim kuvvetidir. Bazen yerçekimlerinin etraflarındaki daha görünür nesneleri nasıl etkilediğiyle tespit edilebilirler. Astronomlar, uzaydaki nesneler arasındaki yerçekimi etkileşimlerini dikkatlice çizerek, bir nötron yıldızının veya benzer bir fenomenin bulunduğu yeri belirleyebilir. İkinci yöntem pulsarların tespitidir. Pulsarlar, kendilerini yaratan yerçekimi baskısının bir sonucu olarak genellikle çok hızlı dönen nötron yıldızlarıdır. Muazzam yerçekimleri ve hızlı dönüşleri, her iki manyetik kutbundan da elektromanyetik enerji yaymalarına neden olur. Bu kutuplar nötron yıldızı ile birlikte döner ve eğer Dünya'ya bakarlarsa, radyo dalgaları olarak algılanabilirler. Etki, nötron yıldızı dönerken iki kutup birbiri ardına döndüğü için son derece hızlı radyo dalgası darbeleridir.
Diğer nötron yıldızları, içindeki kutuplardan X-ışınları çıkıncaya kadar içindeki maddeler sıkışıp ısınırken X radyasyonu üretir. Bilim adamları, X-ışını darbeleri arayarak bu X-ışını pulsarlarını bulabilir ve bunları bilinen nötron yıldızları listesine ekleyebilir.