Kvarkkitähti on erittäin pakattu, eksoottinen esine, jonka on teoreettisesti muodostettu muodostavan noin 1% kaikista neutronitähdistä, jotka puolestaan muodostuvat luotettavasti 1.5 – 3.0 -massaisten tähtien romahtamisen jälkeen. Quark-tähtiä ei ole havaittu lopullisesti, mutta Chandra X-Ray Observatory kirjaa kaksi lupaavaa ehdokasta 10. huhtikuuta 2002. Yksi lisäehdokas on havaittu sen jälkeen, mutta tarvitaan lisää todisteita, ennen kuin kvarkitähtien olemassaolo voidaan vahvistaa positiivisesti pienellä virhemarginaalilla.
Tähdet, joiden aurinkomassat ovat yli 1.35, mutta alle kolme (alle Tolman-Oppenheimer-Volkoffin rajan), romahtavat lopulta katastrofaalisesti neutronitähdeksi, pienen kaupungin kokoiseksi. Yksi teelusikallinen neutronitähtiä painaa miljardi tonnia (yli 3 miljardia tonnia). Painovoima on niin voimakas, että neutronitähden korkeimmat ”vuoret” ovat vain muutaman mm korkeita. Kvarkkitähti on teoreettinen kohde, joka on jopa kompaktimpi kuin neutronitähti. Neutronitähdessä neutronien välinen rappeumapaine pitää kehon romahtamasta mustaksi aukoksi – kvarkitähdessä se on kvarkkien välinen paine.
Neutronitähdessä kaikki elektronit sulautuvat protoneihin muodostaen vain neutroneja. Neutronitähti voidaan nähdä yksittäisenä jättimäisenä atomina, joka koostuu yksinomaan neutroneista, jota ympäröi ohut elektronikuori. Kvarkkitähdessä neutronien muodostavat kvarkit heitetään ympäri ja yhdistyvät uudelleen, morfisoitumalla tutuista ylös- ja alas-kvarkkeista, jotka muodostavat kaikki maapallon hiukkaset, massiivisempiin outoihin kvarkkeihin, jotka tunnemme vain korkean energian hiukkaskiihdyttimen kokeita. Kvarkkitähti voidaan nähdä yksittäisenä jättimäisenä hadronina (protoni tai neutroni), mutta sillä on monia quadrillioneja kvarkkeja eikä vain tyypillisiä kolmea.
Kun neutronitähti romahtaa kvarkitähdeksi, se on teoriassa aiheuttanut tapahtuman, jota kutsutaan kvarknovaksi. Prosessi, jolla kvarkit puretaan neutroneista, vapauttaisi valtavaa energiaa, jopa enemmän kuin kaikkein energisimmät ydinreaktiot, aiheuttaen mahdollisesti vaikuttavimmat räjähdykset sitten alkuräjähdyksen. Voi olla, että salaperäiset gammasäteilypurskeet (GRB) ovat itse asiassa kvark novoita.