冥王星是在1930年由于一个幸运的巧合而被发现的。一个后来被发现错误的计算“断言”：基于天王星与海王星的运行研究，在海王星后还有一颗行星。美国亚利桑那州的Lowell天文台的Clyde W. Tombaugh由于不知道这个计算错误，对太阳系进行了一次非常仔细的观察，然而正因为这样，发现了冥王星。
发现了冥王星后，人们很快发现冥王星太小及与其它行星运行轨道有差异。对未知行星(Planet X)的研究还在继续，但没发现任何东西。如果采用了旅行者2号飞船计算出的海王星的质量，那么另一个质量差异就消失了，也就不会有第十颗行星了。
冥王星是唯一一颗还没有太空飞行器访问过的行星。甚至连哈勃太空望远镜也只能观察到它表面上的大致容貌。
很幸运，冥王星有一颗卫星，冥卫一。也是靠着好运气，它才能被发现。这是在1978年，它在向着太阳系内运行时，刚好运行到轨道的边缘时被发现的。所以可能通过冥卫一观察许多冥王星的运行，反之亦然。通过精密计算什么物体什么部分在什么时候被覆盖，以及观察光亮曲线，天文学家能够绘出两个半球光亮区域与黑暗区域的大致地图。
冥王星的半径还不很清楚，JPL（Jet Propulsion Laboratory，喷气推进实验室）的数值1137千米被认为有±8的误差，几乎近1％。
尽管冥王星和冥卫一的总质量知道得很清楚（这可以通过对冥卫一运行轨道的周期及半径精确测量和开普勒第三定律而确定），但是冥王星和冥卫一分别的质量却很难确定。这是因为要分别求出质量，必须测得更为精确的有关冥王星与冥卫一系统运行时的质心才能确定测量出，但是它们太小而且离我们实在太远，甚至哈勃太空望远镜对此也无能为力。这两颗星质量比可能在0.084到0.157之间。更多的观察正在进行，但是要得到真正精密的数据，只有送一艘太空飞行器去那里。
冥王星是太阳系中第二个反差极大的天体（次于土卫八）。探索这些差异的起因是计划中的冥王星特快计划中首要目标之一。
冥王星的轨道十分地反常，有时候比海王星离太阳更近（从1979年1月开始持续到1999年2月）。
冥王星与海王星的共同运动比为3:2，即冥王星的公转周期刚好是海王星的1.5倍。它的轨道交角也远离于其他行星。因此尽管冥王星的轨道好像要穿越海王星的轨道，实际上并没有。所以他们永远也不会碰撞（这里有十分细致的解释）。
就像天王星那样，冥王星的赤道面与轨道面几乎成直角。
冥王星的表面温度知道很不很清楚，但大概在35到45K（-238到-228℃）之间。
冥王星的成份还不知道，但它的密度（大约2克/立方厘米）表示：冥王星可能像海卫一一样是由70％岩石和30％冰水混合而成的。地表上光亮的部分可能覆盖着一些固体氮以及少量的固体甲烷和一氧化碳，冥王星表面的黑暗部分的组成还不知道但可能是一些基本的有机物质或是由宇宙射线引发的光化学反应。
有关冥王星的大气层的情况知道得还很少，但可能主要由氮和少量的一氧化碳及甲烷组成。大气极其稀薄，地面压强只有少量微帕。冥王星的大气层可能只有在冥王星靠近近日点时才是气体；在其余的冥王星的年份中，大气层的气体凝结成固体。靠近近日点时一部分的大气可能散逸到宇宙中去，甚至可能被吸引到冥卫一上去。冥王星特快任务的计划人想在大气滑凝固时到达冥王星。
冥王星和海卫一的不寻常的运行轨道以及相似的体积使人们感到在它们俩之间存在着某种历史性的关系。有人曾认为冥王星过去是海王星的一颗卫星，但是现在认为并不是这样。一个更为普遍的学说认为海卫一原本与冥王星一样，自由地运行在环绕太阳的独立轨道上，后来被海王星吸引过去了。海卫一，冥王星和冥卫一可能是一大类相似物体中还存在的成员，其他一些都被排斥进了Oort奥尔特云（Kuiper柯伊伯带外的物质）。冥卫一可能是像地球与月球一样，是冥王星与另外一个天体碰撞的产物。
冥王星可以被非专业望远镜观察到，但是这是不容易的。Mike Harvey的行星天象图可以显示最近冥王星在天空中的方位（以及其他行星），但是还得靠更为细致的天象图以及几个月的仔细观察才能真正地找到冥王星。由行星程序如“灿烂星河”可以绘制准确的天象图。
2006年8月24日，该行星经布拉格会议讨论，从九大行星行列中排除，正式降格为矮行星。
关于冥王星的行星资格的争论
冥王星刚被发现之时，它的体积被认为有地球的数倍之大。很快，冥王星也作为太阳系第九大行星被写入教科书。但是随着时间的推移和天文观测仪器的不断升级，人们越来越发现当时的估计是一个重大“失误”，因为它的体积要远远小于当初的估计。此外，冥王星（pluto）的行星身分也一直以来成了天文学家们争论的焦点，这也是因为一直以来对行星没有一个具体清楚的定义。尤其，自1992年首次发现“柯伊伯带”（Kuiper Belt）以来，更多关于天文发现加剧了人们其行星资格的争论。
新发现重新引发争论
进入21世纪，天文望远镜技术的改进，使人们能够进一步对海王星外天体（trans-Neptunian objects）有更深了解。2002年，被命名为50000 Quaoar（夸欧尔）的小行星被发现，这个新发现的小行星的直径（1280公里）要长于冥王星的直径的一半。2004年，被命名为90377 Sedna（塞德娜）的小行星的最大直径也达到了1800公里，而冥王星的直径也只不过2320公里。
2005年7月9日，又一颗新发现的的海王星外天体被宣布正式命名为厄里斯（Eris）。根据厄里斯的亮度和反照率推断，它要比冥王星略大。这是1846年发现海王星之后太阳系中所发现的最大天体。尽管当初并没有官方的共识，它的发现者和众多媒体起初都将之称为“第十大行星”。也有天文学家认为厄里斯的发现为重新考虑冥王星的行星地位提供了有力佐证。
就连冥王星的显著特征——它的卫星和大气，也并不是独一无二的，海王星外天体带中的一些小行星也有自己的卫星。而且厄里斯的天体光谱分析也显示它和冥王星有着相似的地表，此外厄里斯也有一个较大的卫星戴丝诺米娅(Dysnomia)。
国际天文学联合会（IAU）的决议——开除冥王星行星“星籍”
根据国际天文学联合会2006年8月24日通过的决议，被称为行星（planet）的天体要符合三个主要条件。
1.该天体须位于围绕太阳的轨道之上
2.该天体须有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡（hydrostatic equilibrium）的形状（近于球形）
3.该天体须已经清空了其轨道附近的区域
而冥王星则不符合上述第三条行星标准。
国际天文学联合会进一步决议通过冥王星应该归入矮行星（dwarf planet）之列，而且可以作为尚未命名的一类海王星外天体的原形。在此决议之前，人们也提出了不同的行星方案，其中一些甚至提到除了冥王星外也取消地球水星的行星资格，而另外一些则提议将一些小行星也纳入行星之列。
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