Một thiên thể Thorne-Żytkow được hình thành khi một sao, thường là sao khổng lồ đỏ hoặc siêu sao, va chạm với một sao neutron. Các thiên thể va chạm có thể chỉ đơn giản là những sao lang thang. Điều này chỉ có khả năng xảy ra trong các cụm sao cầu cực kỳ đông đúc. Ngoài ra, sao neutron có thể hình thành trong một hệ sao đôi sau khi một trong hai ngôi sao trở thành siêu tân tinh. Do không có siêu tân tinh nào là đối xứng hoàn hảo và vì năng lượng liên kết của hệ sao đôi thay đổi theo khối lượng bị mất trong siêu tân tinh, nên sao neutron sẽ bị bỏ lại với một số vận tốc tương đối so với quỹ đạo ban đầu của nó. Cú hích này có thể khiến quỹ đạo mới của nó giao cắt với quỹ đạo của sao đồng hành của nó, hoặc, nếu sao đồng hành của nó là một sao dãy chính, nó có thể bị nhấn chìm khi sao đồng hành của nó tiến hóa thành một sao khổng lồ đỏ. [4]

Khi sao neutron đi vào sao khổng lồ đỏ, lực cản giữa sao neutron và các lớp khuếch tán bên ngoài của sao khổng lồ đỏ làm cho quỹ đạo của hệ sao đôi phân rã, và sao neutron và phần lõi của sao khổng lồ đỏ di chuyển theo xoắn ốc hướng vào trong về phía nhau. Tùy thuộc vào sự phân tách ban đầu của chúng, quá trình này có thể mất hàng trăm năm. Cuối cùng, khi hai sao này va chạm vào nhau, sao neutron và phần lõi của sao khổng lồ đỏ sẽ hợp nhất. Nếu khối lượng kết hợp của chúng vượt quá giới hạn Tolman-Oppenheimer-Volkoff thì cả hai sẽ sụp đổ thành một lỗ đen, dẫn đến một siêu tân tinh phân tán các lớp bên ngoài của ngôi sao. Nếu không, cả hai sẽ hợp lại thành một sao neutron duy nhất.[cần dẫn nguồn]

Nếu một sao neutron và một sao lùn trắng hợp nhất, điều này có thể tạo thành một thiên thể Thorne–Żytkow với các tính chất của sao biến quang Bắc Miện R.[5]