Più piccolo della Luna, Plutone fu scoperto nel 1930 da C.W. Tombaugh; Plutone è l'unico pianeta a non essere stato esplorato da sonde spaziali.
Nel 1978 fu scoperto il satellite Caronte, fonte di numerose informazioni sul pianeta. Le misure del periodo orbitale del sistema Plutone-Caronte (6.387 giorni) e della loro distanza media (19640 Km) hanno permesso il calcolo della somma delle loro masse (1/400 di quella terrrestre).
Fra il 1985 e il 1990 la Terra si è venuta a trovare sul piano dell'orbita di Caronte attorno a Plutone; in tale situazione, dalla Terra l'orbita è vista "di taglio" ed è possibile osservare le mutue eclissi; la loro durata (circa 4 ore) ha permesso di calcolare il diametro di Plutone (2284 Km) e quello di Caronte (1190 Km). Il rapporto delle loro masse (circa 1:12) è il più alto nel Sistema solare, tanto che il sistema Plutone-Caronte può essere considerato come un pianeta doppio.
Dalla massa totale e dai diametri del sistema Plutone-Caronte, si ricava una densità media pari a circa 2.07 g/cm3, più alta di quella dei pianeti gassosi, che indica che Plutone possiede un grande nucleo roccioso. Plutone è molto simile a Tritone, satellite di Nettuno. Ciò suggerisce che entrambi si siano formati come corpi indipendenti nelle regioni più esterne della nube solare primordiale, ecco la ragione della loro somiglianza chimica; in seguito Tritone sarebbe stato catturato da Nettuno.
Dalla sintesi di molte foto prese dall'Hubble Space Telescope si è scoperto che la superficie di Plutone presenta forti contrasti; queste macchie causano variazioni di luminosità durante la sua rotazione ed hanno permesso il calcolo del periodo di rotazione e la verifica del fatto che il sistema Plutone-Caronte è sincrono, cioè entrambi i corpi si rivolgono sempre la stessa faccia.
Nel giugno del 1988 Plutone transitò davanti ad una stella e, grazie all'eclissi di questa, sono stati acquisiti nuovi elementi circa la composizione della sua atmosfera. Durante l'occultazione la luminosità della stella ha subito un decremento progressivo dovuto all'assorbimento e alla rifrazione da parte di una tenue atmosfera di azoto, monossido di carbonio e metano. Quando il pianeta si avvicina al Sole, il riscaldamento provoca la sublimazione di una parte della sua superficie, come avviene per le comete.
Plutone può forse essere considerato l'esempio più grande e riflettente di una nuova classe di oggetti denominati Plutini, che girano attorno al Sole su orbite esterne a Nettuno, e fanno parte del gruppo più ampio dei Kuiper Belt Objects (KBO); questi si differenziano dalle comete perché le loro orbite non sono troppo inclinate sull'eclittica.