Neutronitähti on tähtijäänne-supersupattu esine, joka jää jäljelle, kun tähdet, joiden massa on 1.4–3 kertaa Aurinkomme massa, käyttävät ydinpolttoainetta ja romahtavat sisäänpäin. Tuloksena on noin 20 km (12 mailin) poikki tiivistetty ainefääri, jonka painovoimakenttä on noin 2 x 10^11 kertaa voimakkaampi kuin Maan.
Neutronitähden tiheys on niin suuri, että atomit muodostavat protonit ja elektronit sulautuvat muodostamaan sähköisesti neutraaleja neutroneja, jotka ovat neutronitähden muodostavat ensisijaiset hiukkaset. Koska ne ovat sähköisesti neutraaleja, tällaiset hiukkaset voidaan pakata hyvin tiiviisti yhteen, jolloin saadaan taivaankappale, jonka tiheys on samanlainen kuin atomin ytimen.
Neutronitähti on eksoottinen tähtitieteellinen kohde, jonka olemassaolon ennusti teoria 35 vuotta ennen kuin se todella löydettiin vuonna 1968. Neutronitähden pakenemisnopeus on noin puolet valon nopeudesta. Tällaisen tähden korkeimmat “vuoret” mitataan millimetreinä (tuuman murto -osina) kilometrien (jalkojen) sijaan. Koska tähden pyörimisnopeus kiihtyy romahtaessaan, voidaan saavuttaa valtava kulmanopeus, joka on luokkaa 30,000 km/s tai yksi kierros millisekunnin tai kahden välein. Kun nämä nopeasti pyörivät tähdet lähettävät sähkömagneettista säteilyä, joka voidaan havaita maan päällä, ne vastaanotetaan jatkuvina pulsseina, mikä saa otsikon “pulsar”.
Vanhentuneiden aurinkojen ytimestä muodostunut neutronitähti asuu eksoottisissa aineissa, joita ei löydy mistään muualta maailmankaikkeudesta: Ytimet, jotka koostuvat valtavista neutroneista ilman kiertäviä elektroneja, vapaita neutroneja, jotka kelluvat erittäin tiheässä “neutronium” -keitossa ja mahdollisesti eksoottisia aineen muotoja, kuten pioneja tai kaoneja. Nämä ovat hiukkasia, jotka koostuvat epätavallisista kokoonpanoista tai kvarkityypeistä, subatomisten hiukkasten ainesosista. Koska neutraalitähden valtava painovoima ja paine rikkoisivat tavanomaiset atomimateriaalimuodot, emme ehkä koskaan pysty suorittamaan kokeita tai havaintoja sellaisista esineistä suoraan. Ensisijaisia neutronitähtityyppejä ovat röntgensäteily, bulser ja magnetar.