一些脉冲星属于X射线脉冲星，它们是X射线源，显现出X射线强度的周期性变化，X射线周期从几分之一秒到几分钟不等，X射线脉冲星属于X射线星的一种。
一般来说，X射线脉冲星是由一颗磁化中子星（脉冲星）和一颗普通恒星组成的双星系统。脉冲星表面磁场强度通常高达10^8特斯拉，相当于地球磁场的一万亿倍以上。
当脉冲星从恒星上吸积气体物质的时候，这些气体会被脉冲星的磁场引导到磁极，产生两个或者多个局部X射线热点，类似于地球上的南极和北极的极光，但是温度要高很多，达到了几百万℃。
在这些X射线热点上，下落的气体物质在撞击到中子星表面的时候速度可以达到光速的一半。坠落的气体释放出如此多的重力势能，以至于大约1平方公里的X射线热点处的亮度可以达到太阳亮度的1万倍以上。
这些X射线热点处的能量主要是发射X射线，当中子星旋转的时候，如果磁轴相对于自旋轴倾斜，则随着热点移入和移出视野，可以观察到X射线脉冲。
作为被X射线脉冲星不断吸食的伴星一般情况下是质量极大的年轻恒星，通常是OB型超巨星，这类恒星的表面会发出强烈的辐射驱动的恒星风，从而将自身的气体物质抛射到周围空间中，而脉冲星则沉浸在这种恒星风物质中，不断地捕获周围的气体。
当然，也有一些X射线脉冲星的伴星是因为距离脉冲星太近，从而导致脉冲星的引力直接从伴星大气层中盗取物质，这种物质传递过程被称为是罗氏瓣溢出。捕获的物质形成气态吸积盘并向内螺旋，最终落到脉冲星上。
除了上述两种伴星外，还有一种极为罕见的伴星类型，这是一颗属于Be星的恒星，这类恒星的自转速度非常快，以至于在它的赤道周围的空间上形成了一个气体盘。当Be星周围的星环由于为止原因而膨胀的时候，这些物质就可能被脉冲星吸收，从而形成短暂的X射线脉冲星。这种X射线星只能间歇性的观察到，通常可观测的X射线脉冲事件之间的时间间隔大约为数个月或数年。
因为X射线会被地球大气层吸收，因此探测X射线的仪器必须要通过气球、探孔火箭或卫星带到高空中。第一颗被发现的X射线脉冲星是Centaurus X-3，于1971年被Uhuru X射线卫星所发现。
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