Neutrónová hviezda je veľmi horúca, výnimočne hustá hviezda. Jej hustota sa zvyčajne pohybuje okolo 1011² až 1015-krát väčších hodnôt, ako je hustota vody, a asi miliónkrát väčších ako hustota bieleho trpaslíka. Elektróny a protóny hviezdy navzájom interagovali, takže jadro je zložené prevažne z neutrónov.

Neutrónové hviezdy majú iba okolo 10 až 20 km priemer. Preto je aj ich jasnosť veľmi malá, normálnymi metódami sa nedá zaznamenať. Rotujúce neutrónové hviezdy s výrazným magnetickým poľom môžu byť pozorované ako pulzary. Predpokladá sa aj existencia neutrónových hviezd ako súčastí mnohých röntgenových dvojhviezd.

Všeobecne sa pokladajú za poslednú vývojovú fázu hviezd s hmotnosťou medzi Candrasekharovou medzou ( 1,44 hmotnosti Slnka ) a asi trojnásobkom hmotnosti Slnka. Hviezdy z väčšou hmotnosťou sa potom stávajú čiernymi dierami. Neutrónové hviezdy vznikajú zrútením hviezdneho jadra. Po vyčerpaní paliva hviezdy vybuchujú ako supernovy typu II.