Ένα αστέρι νετρονίων είναι ένα πολύ μικρό και πυκνό αστέρι που αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από νετρόνια. Είναι μικρά αστέρια με ακτίνα περίπου 11-11,5 χιλιόμετρα. Έχουν μάζα περίπου διπλάσια από εκείνη του Ήλιου. Είναι τα μικρότερα και πυκνότερα άστρα που είναι γνωστό ότι υπάρχουν στο Σύμπαν. Είναι ό,τι απέμεινε από ένα τεράστιο άστρο που εξερράγη ως υπερκαινοφανής.

Η πυκνότητα του αστέρα είναι σαν αυτή του πυρήνα ενός ατόμου. Έχουν ισχυρά μαγνητικά πεδία, μεταξύ 108 και 1015 φορές ισχυρότερα από εκείνα της Γης. Το βαρυτικό πεδίο στην επιφάνεια του αστέρα νετρονίων είναι περίπου 2×1011 φορές ισχυρότερο από ό,τι στη Γη.

Για να φανταστείτε πόσο πυκνό είναι ένα αστέρι νετρονίων, πάρτε όλη τη μάζα του ήλιου μας (που έχει διάμετρο 1.392.000 χιλιόμετρα) και πιέστε την σε μέγεθος που θα χωρούσε σε μια μπάλα με διάμετρο 19 χιλιομέτρων. Ένας άλλος τρόπος για να κατανοήσουμε την πυκνότητα είναι ο εξής: ένα κουταλάκι του γλυκού ύλης από το αστέρι νετρονίων θα ζύγιζε 6 δισεκατομμύρια τόνους.

Τα αστέρια νετρονίων περιστρέφονται πολύ γρήγορα, από 0,001 δευτερόλεπτο έως 30 δευτερόλεπτα για να γυρίσουν. Υπάρχουν διάφοροι τύποι. Μπορεί να εκπέμπουν δέσμες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ως πάλσαρ. Άλλοι τύποι είναι τα μαγνητάρια και τα δυαδικά πάλσαρ.

Η θερμοκρασία τους υπερβαίνει τους 600.000 βαθμούς Κέλβιν. Οι αστέρες νετρονίων που μπορούν να παρατηρηθούν είναι πολύ καυτοί και συνήθως έχουν επιφανειακή θερμοκρασία περίπου 600000 K.