Uno de los posibles productos finales de la explosión de una supernova. En principio, si la masa del núcleo de la estrella en el momento del colapso es superior al límite de Chandrasekhar (un valor igual a 1,44 masas solares), la supernova origina una estrella de neutrones. Se desconoce el valor exacto a partir del cual se originaría un agujero negro, aunque se especula con cantidades en torno a las 4 ó 5 masas solares.

También se las conoce como púlsares -abreviatura de Pulsating Stars, en español Estrellas pulsantes- debido a que suelen ser unas potentes radiofuentes muy focalizadas a la manera de la luz de un faro, con una frecuencia fija y característica.

La primera estrella de neutrones fue descubierta, a causa de su emisión de ondas de radio, en 1967 por Jocelyn Bell y Antony Hewish, los cuales la bautizaron inicialmente con el jocoso nombre de LGM-1, tomado del término anglosajón Little Green Men, u Hombrecillos verdes, habitual en la ciencia ficción de la época para referirse a unos hipotéticos extraterrestres, dado que su frecuencia de pulsación constante les hizo pensar erróneamente que pudiera tratarse de una emisión de radio de origen artificial procedente de una civilización alienígena. Poco después descubrirían otras tres radiofuentes más que rotularon como LGM-2 a LGM-4, lo que acabó confirmando su origen natural. Hoy en día al antiguo LGM-1 se le conoce como PSR B1919+21, siendo PSR el acrónimo de Pulsar y el resto de los caracteres sus coordenadas espaciales.

A diferencia de lo que ocurre con las enanas blancas, en las estrellas de neutrones no existen átomos, ya que debido a la elevada gravedad los electrones han caído sobre los núcleos atómicos fusionándose con los protones para formar neutrones, originando un material conocido como neutronio. Según varios autores, una estrella de neutrones tendría además una estructura interna compleja en forma de capas, formadas por varios tipos de partículas exóticas.

A causa del principio de conservación del momento angular, es decir, de la conservación de la energía cinética de rotación, las estrellas de neutrones giran a velocidades elevadas. Poseen además campos magnéticos tremendamente intensos, todo lo cual conduce a la emisión desde sus polos magnéticos de grandes cantidades de energía en forma de dos haces muy estrechos de ondas de radio. Al girar la estrella el efecto es similar al haz de luz emitido por un faro. Cuando se detecta la emisión de una estrella de neutrones, se observa pues que el haz aparece y desaparece periódicamente, como si pulsase. Por esta razón, a las estrellas de neutrones se las conoce también con el nombre de púlsares.

Con el tiempo la estrella va dejando de girar y pasa a convertirse en una estrella de neutrones apagada, indetectable salvo por perturbaciones gravitatorias sobre otros astros cercanos.