中子星的形成過程如下：
恆星演化到末期，經由重力崩潰發生超新星爆炸，把大量的外層物質拋射出去，同時由於引力而劇烈塌縮，把核心處的物質壓得更緊。
在此情況下，如果簡併電子氣的壓力不足以抵抗坍縮的壓力，電子就被壓進到原子核內，與質子結合，形成中子，導致原子瓦解，進入中子簡併態，變成中子流體。
當密度超過一定值時，簡併中子氣所形成的壓力遠遠超過簡併電子氣，與坍縮的引力相抗衡，形成穩定的中子星。
此外，如果恆星生前的質量達到太陽的十倍，纔會坍塌成一顆中子星；如果質量更大，達到太陽的20倍時，則可能變成黑洞。中子星並不完全由中子構成，其外層中子可能進行β衰變，並釋放出電子、質子和中微子，而核心的壓力可能將原子核壓碎，形成夸克構成的核心，但這僅爲一種猜測。