A neutroncsillagok kisméretû, nagytömegû égitestek, anyaguk nagyrészét neutronok alkotják. Szupernóvarobbanások során keletkeznek a csillagok magjából. Átmérõjük 10 km körüli, sûrûségük az atommag sûrûségéhez áll közel: 1017-1019 g/cm3. A nagytömegû csillag összeroskadása során a hatalmas nyomás hatására az anyag nagyrésze neutronokká alakul. Ezek után az objektum már nem termel energiát, a további összehúzódást az egymásnak préselõdõ neutronok állítják meg.
(A szabad neutronok egyébként nem stabil képzõdmények, laboratóriumi körülmények között gyorsan elbomlanak. Itt azonban erre képtelenek, a hatalmas sûrûség miatt ugyanis az összes energiaszint telítve van.) A neutroncsillagok tömege 0,5 és 3-4 naptömeg közötti lehet, általában 5-30 naptömegû csillagok élete végén alakulnak ki. Az 1,4 naptömegnél kisebb tömegû mag elméletileg fehér törpe formájában is stabil állapotba juthat. Erre azonban ez esetben nincs lehetõség, mivel a szupernóvarobbanáskor bezuhanó külsõ rétegek akkora nyomást fejtenek ki a magra, hogy annak az elfajult elektrongáz nem tud ellenállni. (A tömeg felsõ határa elég bizonytalan, ezt ugyanis erõsen befolyásolja a csillag mágneses tere és az összehúzódás során felgyorsuló pörgés.)
Persze a neutroncsillagok sem csak neutronok homogén keverékébõl állnak, hanem más részecskéket is tartalmaznak. Belsõ szerkezetükrõl csak közelítõleges modelljeink vannak. Felszínükön valószínûleg néhány méter vastag "gázréteg" található, itt az atommagok még megtartják elektronjaikat, az elektronhéjak azonban az erõs mágneses tér következtében eltorzulnak, összenyomódnak. (A csillag összehúzódása során kis térfogatba préselve felerõsödik az eredeti mágneses tér.) A felszíni kb. 1 km vastag rétegben nehéz, fõleg vas atommagokat találunk kristályrácsba rendezõdve, melyeket elektronok "tengere" jár át. A külsõ kéreg után mintegy 2 km vastag réteg következik, itt a kristályos szerkezetbe kapcsolódó atommagok között az elektronok mellett már szabad neutronok is megjelennek. Ez alatt következik a neutroncsillag legnagyobb kb. 10 km-es övezete, amelyet fõleg neutronok alkotnak, kevés proton és elektron "szennyezéssel". Itt a neutronok bizonyos szempontból folyadékként viselkednek: az anyag szupravezetõ, azaz ellenállás nélkül vezeti az elektromos áramot, és szuperfolyékony, nincs viszkozitása. A centrumban feltehetõleg a neutronoknál még nehezebb magok találhatók, melyek hétköznapi körülmények között rendkívül gyorsan elbomlanak.
A neutroncsillagok gyorsan hûlnek, kialakulásuk után néhány hónappal felszíni hõmérsékletük tízmillió K alá, majd néhány ezer, tízezer év alatt egymillió K alá süllyed. Az impulzusmegmaradás törvénye értelmében az összeroskadó csillag forgási sebessége hatalmas lesz, másodpercenként többször is megfordul tengelye körül. (Ha Napunkat hirtelen neutroncsillaggá nyomnánk össze, tengelyforgási ideje 0,0001 másodperc lenne.) A neutroncsillagok kiterjedt és rendkívül nagy energiatartalmú magnetoszférával rendelkeznek, ennek belsõ tartományai együtt forognak az égitesttel, a külsõ részek pedig spirálisan feltekerednek.
A periodikus rádiósugárzást kibocsátó pulzárok neutroncsillagok. Itt valószínûleg az égitest felszínének egy, illetve több pontjáról vagy a neutroncsillagot környezõ magnetoszférából nagyenergiájú rádiósugárzás relatíve keskeny nyílásszög alatt távozik el (akárcsak egy jó fényszórónál). Ennek észlelésére pedig csak akkor van lehetõség, ha a kérdéses sugárzási "kúp" éppen ránk mutat. A gyors tengelyforgás következtében erre rendkívül gyakran kerülhet sor, ezért látjuk pulzálni az égitestet. (A pulzárok periódusának segítségével lehet a neutroncsillagok tengelyforgási idõtartamát meghatározni.) A neutroncsillagok kismértékben folyamatosan lassulnak, mivel pörgésük kinetikus energiája elektromágneses energiává alakul és eltávozik. A forgás lassú, folyamatos csökkenésén kívül szabálytalan, ugrásszerû változások is elõfordulnak. Ezeket olyan "csillagrengések" (glitch-ek) válthatják ki, melyek során átrendezõdés történik a csillag belsõ szerkezetében. A rendkívül gyors pörgés következtében a neutroncsillag alakja ugyanis enyhén lapult, ez a lapultság pedig a pörgés lassulásával csökkenni fog, aminek a szilárd kéreg ellenáll. Törések, hasadások keletkeznek benne, tömegátrendezõdések történnek, ezek válthatják ki a csillagrengéseket.