न्यूट्रॉन तारा एक विशाल तारे का सिकुड़ा हुआ केंद्र होता है जो सुपरनोवा विस्फोट के कारण नष्ट हो गया था। इसका द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान का लगभग 1.4 गुना होता है और यह लगभग 20 किलोमीटर व्यास के गोले में समाहित होता है। यह एक परमाणु नाभिक के घनत्व के बराबर है। पृथ्वी पर एक चम्मच न्यूट्रॉन तारे के पदार्थ का वजन अरबों टन होगा।

न्यूट्रॉन तारे लगभग पूरी तरह से न्यूट्रॉन से बने होते हैं। मूल तारे के कोर में मौजूद प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन आपस में दब गए थे, जिसके परिणामस्वरूप बने न्यूट्रॉन इतने सघन रूप से एकत्रित हो जाते हैं कि क्वांटम दबाव के कारण वे और अधिक संकुचित नहीं हो पाते। इसकी सतह भारी नाभिकों की एक पतली परत होती है। आंतरिक भाग में पदार्थ की कुछ विशिष्ट अवस्थाएँ हो सकती हैं, जिनमें अतितरल न्यूट्रॉन और अतिचालक प्रोटॉन शामिल हैं।

ये बहुत तेज़ी से घूमते हैं। संकुचन के दौरान कोणीय संवेग के संरक्षण के नियम के कारण धीरे-धीरे घूमने वाला तारकीय कोर तेज़ी से घूमने वाले न्यूट्रॉन तारे में बदल जाता है। कुछ न्यूट्रॉन तारे प्रति सेकंड सैकड़ों बार घूमते हैं। इनमें तीव्र चुंबकीय क्षेत्र भी होते हैं, जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र से खरबों गुना अधिक शक्तिशाली होते हैं। जब चुंबकीय क्षेत्र पृथ्वी के पास से गुजरता है, तो हमें रेडियो तरंगों का एक स्पंदन दिखाई देता है। इन्हें पल्सर कहते हैं।

न्यूट्रॉन तारे भौतिकी की प्रयोगशालाएँ हैं। इनका गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल होता है कि प्रकाश को स्पष्ट रूप से मोड़ सकता है। इनके चुंबकीय क्षेत्र क्वांटम विद्युतगतिकी का परीक्षण करते हैं। इनके विलय से गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न होती हैं और सोना और प्लैटिनम जैसे भारी तत्वों का निर्माण होता है।