Mengesan bintang neutron memerlukan instrumen yang berbeza daripada yang digunakan untuk mengesan bintang-bintang normal, dan mereka memalingkan para astronom selama bertahun-tahun kerana ciri-ciri pelik mereka. Bintang neutron secara teknikal tidak lagi pada bintang; ia adalah fasa yang beberapa bintang mencapai pada akhir kewujudan mereka. Bintang biasa terbakar melalui bahan api hidrogen sepanjang hayatnya sehingga hidrogen terbakar dan daya graviti menyebabkan bintang itu berkontrak, memaksanya ke dalamnya sehingga gas helium menerusi gabungan nuklear yang sama dengan hidrogen, dan bintang itu meletup menjadi gergasi merah, suar terakhir sebelum keruntuhan akhir. Sekiranya bintang itu besar, ia akan mewujudkan supernova bahan meluas, membakar semua rizabnya dalam satu kemunculan hebat. Bintang-bintang yang lebih kecil dipecah menjadi awan debu, tetapi jika bintang itu cukup besar graviti akan memaksa semua bahan baki bersama-sama di bawah tekanan yang besar. Terlalu banyak daya graviti, dan bintang meletus, menjadi lubang hitam, tetapi dengan jumlah graviti yang betul bintang-bintang tetap akan bersatu bersama-sama, membentuk cetek neutron yang sangat padat. Bintang neutron ini jarang memberi cahaya dan hanya beberapa batu atau lebih, menjadikannya sukar dilihat dan sukar untuk dikesan.
Bintang Neutron mempunyai dua ciri utama yang boleh diiktiraf oleh saintis. Yang pertama adalah bintang-bintang neutron yang memaksa daya graviti. Mereka kadang-kadang boleh dikesan dengan cara graviti mereka mempengaruhi objek yang lebih jelas di sekeliling mereka. Dengan berhati-hati merancang interaksi graviti antara objek di angkasa, para astronom dapat menentukan tempat di mana bintang neutron atau fenomena yang serupa terletak. Kaedah kedua adalah melalui pengesanan pulsar. Pulsar adalah bintang neutron yang berputar, biasanya sangat cepat, akibat tekanan gravitasi yang menciptakannya. Daya graviti yang besar dan putaran cepat menyebabkan mereka mengalirkan tenaga elektromagnet dari kedua-dua tiang magnet mereka. Tiang ini berputar bersama bintang neutron, dan jika mereka menghadap Bumi, mereka boleh dijemput sebagai gelombang radio. Kesannya ialah denyutan gelombang radio yang sangat pesat apabila kedua-dua tiang itu menghidupkan satu demi satu untuk menghadapi Bumi manakala bintang neutron berputar.
Bintang neutron lain menghasilkan sinaran X apabila bahan-bahan di dalamnya memampatkan dan memanaskan sehingga bintang menembak sinar-X dari tiangnya. Dengan mencari denyutan sinar-X, para saintis dapat menemui pulsar X-ray ini juga dan menambahkannya ke senarai bintang-bintang neutron yang diketahui.