Beim Kollaps eines Sterns (Supernova) kann ein Neutronenstern entstehen, falls die Masse zwischen 1,4 Sonnenmassen) und etwa 3 Sonnenmassen liegt.
Mit weniger Masse würde ein Weisser Zwerg entstehen, bei mehr ein schwarzes Loch.
Dabei ist die Gravitationskraft der Materie im Stern so stark, dass unter dem Druck die Elektronenhüllen in die Atomkerne hineingedrückt werden. Möglicherweise haben aber viele Neutronensterne in ihrem Inneren sogar ein Quark-Gluon-Plasma, in dem selbst die Neutronen in ihre Bestandteile zerquetscht werden. Theoretisch könnte eine Supernova auch zu einem Objekt aus reinem Quark-Gluon-Plasma führen, das man dann Quarkstern nennen würde.
Ein Neutronenstern hat einen sehr kleinen Durchmesser (ca. 30 Kilometer), besitzt jedoch noch die komplette Masse des ursprünglichen Sterns. Diese besondere Materie hat somit eine enorm hohe Dichte im Zentrum etwa 109 kg / mm3, das heißt ein Stecknadelkopf-großes Stückchen dieses Sterns wiegt 1.000.000 Tonnen!
Im Zentrum eines Pulsars befindet sich ein rotierender Neutronenstern.