Neutronstjärnor stöds mot gravitationskollaps av neutrondegenerationstryck. Detta tryck härrör från Paulis uteslutningsprincip, som förhindrar neutroner från att uppta samma kvanttillstånd. När densiteten hos en neutronstjärna ökar tvingas neutronerna närmare varandra och degenerationstrycket blir starkare. Men vid mycket höga densiteter blir neutrondegenerationstrycket otillräckligt för att stödja stjärnan mot gravitationskollaps.
Den exakta maximala massan för en neutronstjärna beror på ett antal faktorer, inklusive stjärnans sammansättning och tillståndsekvationen för kärnämne. De flesta uppskattningar tyder dock på att den maximala massan är cirka 2-3 solmassor.
Om massan av en neutronstjärna överskrider denna gräns kommer den att kollapsa till ett svart hål. Ett svart hål är ett område i rumtiden med så starka gravitationskrafter att ingenting, inte ens ljus, kan fly från det. Neutronstjärnor som kollapsar till svarta hål tros vara stamfader till svarta hål med stjärnmassa.
