要了解為什麼中子星會質量巨大，我們就得先從原子結構說起。
原子結構
其實有很多人對原子結構都有誤會，這是因為上學的時候，老師為了方便教學，會用一些模型，這些模型的比例實際上都有問題。比如說下面這張：
原子核和電子的個頭實際上是偏大了，而且大得不是一般得多。那真實的情況應該是什麼樣子呢？這個問題，其實連帶著原子模型長什麼樣子，經歷了好幾代科學家才搞清楚。不過，下面最後一張圖，還是偏大了。
實際上，原子核的大小事盧瑟福搞清楚的，他用α粒子轟擊金箔，他發現大部分的粒子會傳過去，只有極其少量得會發生偏折。
由此，我們可計算出原子核大致的大小，如果說原子是一個足球場那麼大的，那原子核實際上也就只有一種螞蟻那麼大，電子的大小目前來說我們沒完全搞清楚，它可能只是個點狀物而已，要比原子核還要小，是以概率雲的形式在原子核外圍分布。
從這裡，我們可以得出這樣的結論，那就是原子其實是很空曠的，99%以上都是「空」的。
電子和質子為什麼不會反應成為一個中子？
在研究原子核模型的時代，科學家就一直在思考一個問題，那就是原子核是帶正電，而電子是帶負電，為什麼電子不會掉落到原子核內，然後質子和電子反應稱為一個中子？
如果這樣會實現的話，那原子就會縮小到原來1%的尺度都不到，畢竟原子太空曠了，都是電子云在佔地方。
我們要想知道的是，質子和中子，其實都是夸克構成的。
而組成中子的夸克質量之後要比組成質子的夸克的質量之和略大一點，這就導致中子的質量要比質子的質量大一點。根據愛因斯坦的狹義相對論中的質能等價，質量和能量其實是一樣東西的兩個面，所以多少質量就對應多少能量。因此，中子所蘊含的能量要大於質子，不僅如此，實際上中子的能量是要大於質子+電子+中微子的。根據能量最低原理，萬物都是從高能量狀態到低能量狀態。所以，中子有一點概率自發地衰變成一個質子、一個電子、一個中微子。這其實就是β衰變。
而質子、電子要反應生成中子，由於是要從低能量狀態到高能量狀態，就需要輸入能量，否則根本做不到。
電子簡併壓力
不過，形成中子星的過程中，如果引力巨大無比，這時候就會把原子們使勁壓縮，說白了，引力就在提供這樣的能量，想要使得電子進入原子核內。
不過，這時候還有一種量子效應叫做電子簡併壓力，它是因為泡利不相容原理產生的力。這種簡併壓力可以和引力相互抵抗，讓電子不至於進入原子核。
不過，如果這時候的恆星質量超過1.44太陽質量（小於奧本海默極限），那電子簡併壓力也不足以抵抗住引力，電子就會被壓到原子核內部。也就是說，剛才說到原子之內99%的空間由於電子被壓進原子核，而失去這部分空間。原子核和原子核會被擠在一起，說白了就是一堆中子擠到一起。
所以，中子星的密度會異常的大，這裡要再強調一下，並不是說中子之間完全沒有縫隙，實際上還是有的，並且中子星表面還會有些許電子，中子星的半徑一般在10至20公裡之間，質量越大，半徑就會收縮得越小（這其實是引力在迫使中子之間的縫隙變小）。中子星的密度一般上維持在8*13 g/cm^3到2*10^15 g/cm^3，這樣的密度其實是和原子核密度差不多數量級的。所以，一立方釐米噸其實也就不足為奇了，說白了中子星就是一個沒有原子之間的空間和原子內的空間的星體，而物質大部分的質量其實是來自於原子核的，損失空間的同時，質量還保住了，才會導緻密度如此巨大。
所以，最後我們來總結一下，構成物質的原子和原子之間其實是有間隙的，而原子內部也很空曠，99%基本上都是空的。而中子星說白了就是把核外電子壓到了原子核內，使得一群中子排排列的天體，就減少了大部分空間的同時，質量又不會變（原子的質量主要集中在原子核上），因此中子星的密度極其大，數量級大概和原子核差不多。