中子星，是恆星演化到末期，經由引力坍縮發生超新星爆炸之後，可能成為的少數終點之一。恆星在核心的氫、氦、碳等元素於核聚變反應中耗盡，當它們最終轉變成鐵元素時便無法從核聚變中獲得能量。失去熱輻射壓力支撐的外圍物質受重力牽引會急速向核心墜落，有可能導致外殼的動能轉化為熱能向外爆發產生超新星爆炸，或者根據恆星質量的不同，恆星的內部區域被壓縮成白矮星、中子星以至黑洞。
白矮星被壓縮成中子星的過程中恆星遭受劇烈的壓縮使其組成物質中的電子併入質子轉化成中子，直徑大約只有十餘公里，但上頭一立方厘米的物質便可重達十億噸，且旋轉速度極快，而由於其磁軸和自轉軸並不重合，磁場旋轉時所產生的無線電波等各種輻射可能會以一明一滅的方式傳到地球，有如人眨眼，故又稱作脈衝星。
一顆典型的中子星質量介於太陽質量的1.35到2.1倍，半徑則在10至20公里之間（質量越大半徑收縮得越大），也就是太陽半徑的30,000至70,000分之一。因此，中子星的密度在每立方厘米 克至 克間，此密度大約是原子核的密度。 緻密恆星的質量低於1.44倍太陽質量，則可能是白矮星，但質量大於錢德拉塞卡極限（1.5-3.0倍太陽質量）的中子星會繼續發生引力坍縮，則無可避免的將產生黑洞。
由於中子星保留了母恆星大部分的角動量，但半徑只是母恆星極微小的量，轉動慣量的減少導致了轉速迅速的增加，產生非常高的自轉速率，週期從毫秒脈衝星的700分之一秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有強大的表面重力，強度是地球的 到 倍。逃逸速度是將物體由重力場移動至無窮遠的距離所需要的速度，是測量重力的一項指標。
一顆中子星的逃逸速度大約在10,000至150,000公里/秒之間，也就是可以達到光速的一半。換言之，物體落至中子星表面的最大速度將達到150,000公里/秒。更具體的說明，如果一個普通體重（70公斤）的人遇到了中子星，他撞擊到中子星表面的能量將相當於二億噸核爆的威力（四倍於全球最巨大的核彈大沙皇的威力），當然這僅僅是假設，真要是這樣的話，這個人在越來越接近中子星的時候，會被強大的潮汐力扯碎。
中子星的前身一般是一顆質量為10-29倍太陽質量的恆星。它在爆發坍縮過程中產生的巨大壓力，使它的物質結構發生巨大的變化。在這種情況下，不僅原子的外殼被壓破了，而且連原子核也被壓破了。原子核中的質子和中子便被擠出來，質子和電子擠到一起又結合成中子。最後，所有的中子擠在一起，形成了中子星。顯然，中子星的密度，即使是由原子核所組成的白矮星也無法和它相比。在中子星上，每立方厘米物質足足有一億噸重甚至達到十億噸。
當恆星收縮為中子星後，自轉就會加快，能達到每秒幾圈到幾十圈。同時，收縮使中子星成為一塊極強的“磁鐵”，這塊“磁鐵”在它的某一部分向外發射出電波。當它快速自轉時，就像燈塔上的探照燈那樣，有規律地不斷向地球掃射電波。
當發射電波的那部分對著地球時，我們就收到電波；當這部分隨著星體的轉動而偏轉時，我們就收不到電波。所以，我們收到的電波是間歇的。這種現象又稱為“燈塔效應”
中子星並不是恆星的最終狀態，它還要進一步演化。由於它溫度很高，能量消耗也很快，因此，它通過減慢自轉以消耗角動量維持光度。當它的角動量消耗完以後，中子星將變成不發光的黑矮星。
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