Sao neutron là lõi sụp đổ của một ngôi sao khổng lồ đã phát nổ thành siêu tân tinh. Nó chứa khoảng 1,4 lần khối lượng Mặt Trời trong một hình cầu có đường kính khoảng 20 km. Đó là mật độ của một hạt nhân nguyên tử. Một thìa cà phê vật chất sao neutron sẽ nặng hàng tỷ tấn trên Trái Đất.

Sao neutron hầu như chỉ được cấu tạo từ neutron. Các proton và electron trong lõi của ngôi sao ban đầu bị nén lại với nhau, và các neutron tạo thành được nén chặt đến mức chúng chống lại sự sụp đổ tiếp tục nhờ áp suất lượng tử. Bề mặt là một lớp vỏ mỏng gồm các hạt nhân nặng hơn. Bên trong có thể chứa các trạng thái vật chất kỳ lạ, bao gồm neutron siêu lỏng và proton siêu dẫn.

Chúng quay rất nhanh. Định luật bảo toàn động lượng góc trong quá trình sụp đổ biến lõi sao quay chậm thành sao neutron quay nhanh. Một số quay hàng trăm vòng mỗi giây. Chúng cũng có từ trường cực mạnh, mạnh hơn Trái Đất hàng nghìn tỷ lần. Khi từ trường quét qua Trái Đất, chúng ta thấy một xung sóng radio. Đó chính là các sao xung.

Sao neutron là những phòng thí nghiệm vật lý. Lực hấp dẫn của chúng đủ mạnh để bẻ cong ánh sáng một cách đáng kể. Từ trường của chúng kiểm nghiệm điện động lực học lượng tử. Sự hợp nhất của chúng tạo ra sóng hấp dẫn và hình thành các nguyên tố nặng như vàng và bạch kim.