Neutronitähtede tuvastamiseks on vaja instrumente, mis erinevad tavaliste tähtede tuvastamiseks kasutatavatest instrumentidest, ja nende omapäraste omaduste tõttu väljusid nad astronoomide hulgast aastaid. Neutronitäht pole tehniliselt enam üldse täht; see on etapp, milleni mõned tähed oma olemasolu lõpus jõuavad. Tavaline täht põleb oma vesinikkütuse kaudu elu jooksul kuni vesiniku põlemiseni ja raskusjõud põhjustavad tähe kokkutõmbumist, sundides seda sissepoole, kuni heeliumgaasid läbivad sama tuumasünteesi, mida vesinik tegi, ja täht purskab punaseks hiiglaseks, viimane helk enne selle lõplikku kokkuvarisemist. Kui täht on suur, loob see laieneva materjali supernoova, põletades kõik oma varud ühes suurejoonelises finaalis. Väiksemad tähed purunevad tolmupilvedeks, kuid kui täht on piisavalt suur, surub selle gravitatsioon kogu ülejäänud materjali tohutu rõhu all. Liiga palju gravitatsioonijõudu ja täht implanteerub, muutudes mustaks auguks, kuid õige raskusjõu korral sulanduvad tähed selle asemel kokku, moodustades uskumatult tihedate neutronite kesta. Need neutronitähed annavad harva valgust ja on vaid mõne miili kaugusel, muutes need raskesti märgatavaks ja raskesti tuvastatavaks.
Neutronitähtedel on kaks peamist omadust, mida teadlased suudavad tuvastada. Esimene neist on neutrontähtede intensiivne gravitatsioonijõud. Neid saab mõnikord tuvastada selle järgi, kuidas nende raskus mõjutab neid ümbritsevaid nähtavamaid objekte. Kosmoseobjektide gravitatsiooni vastasmõju hoolikalt piiritledes saavad astronoomid kindlaks teha koha, kus asub neutronitäht või muu sarnane nähtus. Teine meetod on impulsside tuvastamine. Pulsarid on neutrontähed, mis pöörlevad, tavaliselt väga kiiresti, neid loonud gravitatsioonirõhu tagajärjel. Nende tohutu raskusjõud ja kiire pöörlemine põhjustavad mõlemast magnetpoolusest elektromagnetilise energia voolavuse. Need postid keerlevad koos neutronitähega ja kui nad on Maa poole suunatud, saab neid raadiolainetena kätte. Selle tulemuseks on eriti kiired raadiolaineimpulsid, kui kaks poolust pöörduvad üksteise järel Maa poole, kuni neutrontäht pöörleb.
Teised neutronitähed tekitavad röntgenkiirgust, kui neis olevad materjalid suruvad kokku ja kuumenevad, kuni täht laseb röntgenkiirte välja oma poolustest. Röntgenimpulsse otsides saavad teadlased leida ka need röntgenimpulssid ja lisada need teadaolevate neutronitähtede loendisse.