Bintang neutron adalah inti bintang masif yang runtuh secara gravitasi. Ketika bintang-bintang besar menggunakan semua bahan bakar nuklirnya, mereka membangun inti besi sebesar planet Yupiter, yang mengandung sekitar 1.44 massa materi matahari. Karena peleburan inti besi membutuhkan lebih banyak energi daripada yang dihasilkan, fusi nuklir tidak lagi menghasilkan tekanan inti yang diperlukan untuk mencegah bintang runtuh dengan sendirinya.
Selama saat-saat terakhir keruntuhan, fase inti besi bintang raksasa berubah menjadi neutronium, suatu keadaan materi di mana semua elektron dan proton dalam atom besi menyatu bersama untuk menghasilkan apa-apa selain neutron. Karena neutron bersifat netral, mereka tidak saling tolak seperti awan elektron bermuatan negatif dalam materi konvensional. Didorong bersama oleh energi gravitasi yang luar biasa, neutronium memiliki kerapatan yang mirip dengan inti atom, dan sebenarnya seluruh inti dapat dilihat sebagai inti atom besar. Sumber cahaya dan panasnya terputus, lapisan luar bintang jatuh ke dalam, kemudian memantul kembali setelah menabrak neutronium yang hampir tidak dapat dimampatkan. Hasilnya adalah supernova, sebuah proses yang berlangsung dari hari ke bulan.
Hasil akhirnya adalah sisa supernova, bintang neutron antara 1.35 dan 2.1 massa matahari, dengan radius antara 20 dan 10 km. Ini adalah massa yang lebih besar dari Matahari yang terkondensasi di ruang seukuran kota kecil. Bintang neutron sangat padat sehingga satu sendok teh materialnya memiliki berat satu miliar ton (lebih dari 1.1 miliar ton).
Bergantung pada massa bintang neutron, ia dapat dengan cepat runtuh ke dalam lubang hitam, atau terus ada secara praktis selamanya. Bintang neutron yang berbeda termasuk pulsar radio, pulsar sinar-x, dan magnetar, yang merupakan subkategori pulsar radio. Sebagian besar bintang neutron disebut pulsar karena mereka memancarkan pulsa reguler gelombang radio, melalui mekanisme fisik yang tepat yang tidak sepenuhnya dipahami, secara perlahan menyedot energi dari momentum sudutnya sendiri.
Beberapa bintang neutron tidak memancarkan radiasi tampak. Ini mungkin karena pulsa radio dipancarkan dari kutubnya dan kutub beberapa bintang neutron tidak menghadap Bumi.
Pulsar sinar-X memancarkan sinar-X daripada gelombang radio, dan ditenagai oleh materi yang mengalir sangat panas daripada rotasinya sendiri. Jika cukup banyak materi yang jatuh ke dalam bintang neutron, ia bisa runtuh menjadi lubang hitam.
Variasi bintang neutron yang paling intens adalah yang berasal dari bintang induk yang berotasi sangat cepat. Jika bintang berputar cukup cepat, kecepatan rotasinya sesuai dengan arus konvektif dalam dan menciptakan dinamo alami, memompa medan magnet bintang yang runtuh ke tingkat yang luar biasa. Bintang itu kemudian disebut magnetar. Sebuah magnetar memiliki medan magnet yang mirip dengan magnet neodymium bertenaga tinggi senilai satu triliun bintang yang tumpang tindih di tempat yang sama.