1930年，美国天文学家克莱尔·威廉·汤博，当时还是一位年轻的研究员，他在对比两张星空照片的底片时，发现有一个极度暗淡的小星点的位置变化了，他经过缜密的计算，得出了这个暗淡的小星点的轨迹，证明这是一颗行星。这是冥王星的第一张照片。
冥王星的距离实在太远，体积太小，即便是在地球上最大的望远镜中，它也不过只是一个勉强能够看到的暗淡斑点。1978年，美国天文学家詹姆斯·克里斯蒂，使用位于亚利桑那州美国海军天文台的卡伊·斯特兰德望远镜观测冥王星时，发现冥王星不圆，它的一侧有一块明显的凸起物，他据此推测，冥王星有一颗卫星。这个新发现的天体最终被正式命名为卡戎。随后的观测表明，卡戎的体积与冥王星悬殊不大，冥王星与卡戎互相绕转的质心落在这两个天体之间，因此冥王星与卡戎是一个双星系统。
90年代，人们迎来了哈勃太空望远镜的时代。1996年，哈珀太空望远镜拍摄到了冥王星的两幅图像，由于冥王星的自转，人们得以从这两张仍不清晰的图像中，窥见冥王星表面的一些细节特征。
从照片中可以看到，冥王星的表面有着非常大的明暗反差，有连续而细长的黑暗地带，也有大片明亮的地区，甚至还有一系列神秘的暗斑。天文学家对于冥王星的这些极端的表面特征感到十分困惑，推测它很可能是由甲烷、氮或者一氧化碳构成的“霜”反射光线造成的。
后来，随着哈珀太空望远镜观测的深入，人们陆续发现了冥王星的其它四颗卫星，分别是冥卫二尼克斯、冥卫三许德拉、冥卫四科伯洛斯和冥卫五斯堤克斯，它们都是以希腊神话中的典故来命名的。
2015年，NASA的新视野号（新地平线号），终于开始接近冥王星了，它以14千米/秒的速度直奔冥王星而来，并不断为冥王星拍摄照片，照片中的冥王星越来越大，越来越清晰，也展现出越来越多的细节。
2015年7月，新视野号（新地平线号）拍摄了冥王星和冥卫一卡戎的合照，照片中能够看出两者有着明显的颜色差异，冥王星的颜色泛红，而卡戎则显得更加苍白，冥王星有一个明显的大气层，而卡戎则没有。
同时，新视野号（新地平线号）还对准冥王星拍摄了多张特写照片，研究人员将这些照片拼凑在一起，得出了一张相对比较清晰的冥王星的地表照片，照片中最特别的就是位于中间的一块爱心形的明亮区域了，它看上去异乎寻常地平滑。
2015年7月14日，新视野号（新地平线号）拍摄了冥王星的最后一张图像，这张图像清晰至极，从图像中可以清晰地看到冥王星表面的细节。这是人类有史以来获得的，最清晰的冥王星图像。
从底片上的一个极度暗淡的小斑点，到如此清晰的高分辨率图像，人类足足用了85年的时间。而如今，新视野号（新地平线号）又为我们带来了更加遥远的柯伊伯带天体“天涯海角”的图像，为我们揭示了一个颠覆性的“相接双星”，相信在不远的未来，随着人类科学技术的发展，更多的更加清晰的天体照片会越来越多，这将极大地开拓人类的视野。
