当恒星外壳向外膨胀时，它的核受反作用力而收缩。核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列复杂的物理变化，最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命。这就是天文学中著名的“超新星爆发”。
中子星的密度为1011千克/立方厘米，也就是每立方厘米的质量竟为一亿吨！对比起白矮星的几十吨/立方厘米，后者似乎又不值一提了。事实上，中子星的质量如此之大，半径十千米的中子星的质量就与太阳的质量相当了。
同白矮星一样，中子星也是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。根据一些科学家的计算，当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时，它就有可能最后变为一颗中子星，而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。
但是，中子星与白矮星的区别，绝不只是生成它们的恒星质量不同，它们的物质存在状态也是完全不同的。
简单地说，白矮星的密度虽然大，但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内：电子还是电子，原子核还是原子核。而在中子星里，压力非常巨大，白矮星中的简并电子压再也承受不起了；电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，使原子变得仅由中子组成。而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。
在形成的过程方面，中子星同白矮星也是非常类似的。