中子星是除黑洞外密度最大的星體（根據最新的假說，在中子星和黑洞之間加入一種理論上的星體：夸克星），同黑洞一樣是20世紀激動人心的重大發現，為人類探索自然開闢了新的領域，而且對現代物理學的發展產生了深遠影響，成為上世紀60年代天文學的四大發現之一。中子星的密度為每立方釐米8×10的13次方克至2×10的15次方克之間也就是每立方釐米的質量為8千萬到20億噸之巨！此密度也就是原子核的密度，是水的密度的一百萬億倍。對比起白矮星的幾十噸/立方釐米，後者似乎又不值一提了。如果把地球壓縮成這樣，地球的直徑將只有22米!事實上，中子星的密度是如此之大，半徑十公裡的中子星的質量就與太陽的質量相當了。
同白矮星一樣，中子星是處於演化後期的恆星，它也是在老年恆星的中心形成的。只不過能夠形成中子星的恆星，其質量更大罷了。根據科學家的計算，當老年恆星的質量為太陽質量的約8~2、30倍時，它就有可能最後變為一顆中子星，而質量小於8個太陽的恆星往往只能變化為一顆白矮星。 中子星(43張) 但是，中子星與白矮星的區別，不只是生成它們的恆星質量不同。它們的物質存在狀態是完全不同的。 簡單地說，白矮星的密度雖然大，但還在正常物質結構能達到的最大密度範圍內：電子還是電子，原子核還是原子核，原子結構完整。而在中子星裡，壓力是如此之大，白矮星中的電子簡併壓再也承受不起了：電子被壓縮到原子核中，同質子中和為中子，使原子變得僅由中子組成，中子簡併壓支撐住了中子星，阻止它進一步壓縮。而整個中子星就是由這樣的原子核緊挨在一起形成的。
可以這樣說，中子星就是一個巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。中子星的質量非常大以至於巨大的引力讓光線都是呈拋物線掙脫。 在形成的過程方面，中子星同白矮星是非常類似的。當恆星外殼向外膨脹時，它的核受反作用力而收縮。核在巨大的壓力和由此產生的高溫下發生一系列複雜的物理變化，最後形成一顆中子星內核。而整個恆星將以一次極為壯觀的爆炸來了結自己的生命。這就是天文學中著名的「超新星爆發」。 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裡，但上頭一立方釐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公裡之間（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釐米 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，但質量大於奧本海默-沃爾可夫極限（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，周期從毫秒脈衝星的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公裡/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公裡/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。 發現 編輯 1932年，中子被查德威克發現之後不久，蘇聯物理學家朗道就提出有一類星體可以全部由中子構成，
朗道因此成為首次提出中子星概念的學者。 1934年，巴德和茲威基在《物理評論》上發表文章，認為超新星爆發可以將一個普通的恆星轉變為中子星﹐而且指出這個過程可以加速粒子，產生宇宙線。 1939年奧本海默和沃爾科夫通過計算建立了第一個定量的中子星模型，但他們採用的物態方程是理想的簡併中子氣模型。 中子星是處於演化後期的恆星,它也是在老年恆星的中心形成的。只不過能夠形成中子星的恆星，其質量更大罷了。根據科學家的計算，當老年恆星的質量大於十個太陽的質量時，它就有可能最後變為一顆中子星，而質量小於8個太陽的恆星往往只能變化為一顆白矮星。 雖然早在30年代，中子星就作為假說而被提了出來，但是一直沒有得到證實，人們也不曾觀測到中子星的存在。而且因為理論預言的中子星密度大得超出了人們的想像，在當時，人們還普遍對這個假說抱懷疑的態度。直到1967年，由英國科學家休伊什的學生喬絲琳·貝爾首先發現了脈衝星。 經過計算，它的脈衝強度和頻率只有像中子星那樣體積小、密度大、質量大的星體才能達到。
這樣，中子星才真正由假說成為事實。這真是本世紀天文學上的一件大事。因此，脈衝星的發現，被稱為二十世紀六十年代的四大天文學重要發現之一。 1967年，天文學家偶然接收到一種奇怪的電波。這種電波每隔1—2秒發射一次，就像人的脈搏跳動一樣。人們曾一度把它當成是宇宙人的呼叫，轟動一時。後來，英國科學家休伊什終於弄清了這種奇怪的電波，原來來自一種前所未知的特殊恆星，即脈衝星。這一新發現使休伊什獲得了1974年的諾貝爾獎。到目前為止，已發現的脈衝星已超過300個，它們都在銀河系內。蟹狀星雲的中心就有一顆脈衝星。 2007年天文學家藉助歐洲航空局(ESA)的珈馬射線天文望遠鏡(Integral)，發現了迄今旋轉速度最快的中子星。這顆中子星編號為XTE J1739-285，每秒鐘可沿自己的軸線旋轉1122圈。按照地球的概念轉一圈一天的話，在這個中子星上一秒鐘可以經過3年多。這個發現推翻了原來認為的每秒700圈的星體轉速極限。