การตรวจจับดาวนิวตรอนนั้นต้องการเครื่องมือที่แตกต่างจากที่เคยใช้ในการตรวจจับดาวฤกษ์ปกติและพวกมันก็หลบหนีนักดาราศาสตร์มาหลายปีเพราะลักษณะเฉพาะของมัน ดาวนิวตรอนนั้นไม่ได้เป็นดาวอีกต่อไปแล้ว มันเป็นระยะที่ดาวบางดวงมาถึงจุดสิ้นสุดของการมีอยู่ของพวกมัน ดาวฤกษ์ปกติจะเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนตลอดระยะเวลาของชีวิตจนกระทั่งไฮโดรเจนถูกเผาและแรงโน้มถ่วงทำให้ดาวฤกษ์หดตัวโดยบังคับให้มันเข้าไปด้านในจนกระทั่งก๊าซฮีเลียมผ่านฟิวชั่นนิวเคลียร์แบบเดียวกับที่ไฮโดรเจนทำและ ดาวฤกษ์ดังกล่าวจะกลายเป็นดาวยักษ์แดงซึ่งเป็นเปลวไฟสุดท้ายก่อนที่มันจะล่มสลายครั้งสุดท้าย ถ้าดาวมีขนาดใหญ่มันจะสร้างซุปเปอร์โนวาของวัสดุที่ขยายตัวเผาผลาญพลังงานสำรองทั้งหมดในฉากสุดท้ายที่น่าตื่นเต้น ดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กกว่าจะถูกแยกออกเป็นเมฆฝุ่น แต่ถ้าดาวมีขนาดใหญ่พอที่แรงโน้มถ่วงของมันจะบังคับให้วัสดุที่เหลืออยู่ทั้งหมดรวมกันภายใต้แรงกดดันมหาศาล แรงโน้มถ่วงมากเกินไปและดาวฤกษ์ระเบิดกลายเป็นหลุมดำ แต่ด้วยแรงโน้มถ่วงในปริมาณที่เหมาะสมดาวจะยังคงหลอมรวมเข้าด้วยกันแทนที่จะก่อตัวเป็นนิวตรอนหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ ดาวนิวตรอนเหล่านี้ไม่ค่อยให้แสงสว่างและอยู่ห่างออกไปไม่กี่ไมล์ทำให้ยากที่จะมองเห็นและตรวจจับได้ยาก
ดาวนิวตรอนมีสองลักษณะหลักที่นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับได้ แรกคือดาวนิวตรอนแรงโน้มถ่วงที่รุนแรง บางครั้งพวกเขาสามารถตรวจจับได้ว่าแรงโน้มถ่วงส่งผลต่อวัตถุที่มองเห็นได้รอบตัวมากขึ้นอย่างไร นักดาราศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งของดาวนิวตรอนหรือปรากฏการณ์ที่คล้ายกันได้โดยการวางแผนการโต้ตอบของแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุในอวกาศอย่างรอบคอบ วิธีที่สองคือการตรวจจับพัลซาร์ Pulsars เป็นดาวนิวตรอนที่หมุนเร็วมากซึ่งเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงที่สร้างพวกมัน แรงโน้มถ่วงมหาศาลของพวกเขาและการหมุนอย่างรวดเร็วทำให้พวกเขาไหลออกพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากขั้วแม่เหล็กทั้งสอง เสาเหล่านี้หมุนไปพร้อมกับดาวนิวตรอนและหากพวกเขากำลังเผชิญหน้ากับโลกพวกมันก็สามารถรับคลื่นวิทยุได้ ผลที่ได้คือคลื่นวิทยุที่เต้นเร็วมากขณะที่สองขั้วหมุนหันหลังให้กันและกันเพื่อเผชิญหน้ากับโลกในขณะที่ดาวนิวตรอนหมุน
ดาวนิวตรอนอื่นสร้างการแผ่รังสี X เมื่อวัสดุที่อยู่ภายในพวกมันบีบอัดและให้ความร้อนจนกว่าดาวจะยิงรังสีเอกซ์ออกมาจากขั้วของมัน โดยการค้นหาพัลส์ X-ray นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นหาพัลซาร์ X-ray เหล่านี้ได้เช่นกันและเพิ่มเข้าไปในรายการดาวนิวตรอนที่รู้จัก