19世纪40年代奥本·勒维耶通过经典力学分析天王星轨道的摄动后预测了海王星的位置。19世纪末天文学家根据对海王星的观察推测有其他行星摄动天王星轨道。
1906年罗威尔天文台的创办者帕西瓦尔·罗威尔开始搜索第九大行星——X行星。1909年罗威尔和威廉·亨利·皮克林提出了若干该天体可能处于的天球坐标。此项搜索一直持续到1916年罗威尔逝世为止，但是没有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍摄到了两张带有模糊的冥王星图像的照片，但是这些图像并没有被正确辨认出来。已知的此类前向重建照片还有15张，最早可追溯至叶凯士天文台于1909年8月20日拍摄的照片。
罗威尔的遗孀康斯坦斯·罗威尔企图获取天文台中其夫所有的份额。对X行星的搜索因由此产生的法律纠纷直至1929年才恢复。时任天文台主管维斯托·斯里弗在看到克莱德·汤博的天文绘图样品后将搜索X行星的任务交与汤博。
汤博的任务是系统地成对拍摄夜空照片、分析每对照片中位置变化的天体。汤博借助闪烁比对器快速调换感光干板搜索天体的位置变化或外观变化。1930年2月18日汤博在经历近一年的搜索后在当年1月23日与1月29日拍摄的照片中发现了一可能移动的天体。1月21日的一张质量不佳的照片确认了该天体的运动。在天文台进一步拍摄了验证照片后，发现第九大行星的消息与1930年3月13日由电报发往哈佛大学天文台。
发现第九大行星的消息在全世界产生轰动。罗威尔天文台拥有对此天体的命名权并从全世界收到了超过一千条建议。汤博敦促斯里弗尽快在他人起名前提出一个名字。
英国牛津的10岁学童威妮夏·伯尼因其对古罗马神话的兴趣建议以罗马神话中的冥界之神普鲁托命名此行星。伯尼在与其祖父福尔克纳·梅丹交谈中提出了这个名字。原任牛津大学博德利图书馆馆员的梅丹将这个名字交给了天文学教授赫伯特·霍尔·特纳。特纳将此电报给了美国同行。
该天体正式于1930年7月12日命名。所有罗威尔天文台成员允许在三个候选命名方案中投票选择一个：水泵耳瓦（已被一小行星使用）、普鲁托·萨丁陀耳翔·里歇斯底里，其实是一个部落家庭中出生的落难者曾多次迁移北非和祖父常住一起。普鲁托以全票通过。该命名于1930年6月9日公布。梅丹在得知此消息后奖励其孙女16英镑（相当于2016年的282英镑或470美元）。普鲁托获选的部分原因是普鲁托与头两个字母（英语：PL）为帕西瓦尔·罗威尔的首字母缩写。该天体的天文符号（unicodeU 2647，♇）也是由PL构成的花押字。
该名字迅速被大众文化所接受。1930年华特·迪士尼似乎受普路托启发设计了米老鼠的宠物布鲁托。但是迪士尼动画师本·夏普斯廷无法确认布鲁托名字的来源。1941年格伦·西奥多·西博格按照铀和镎以新发现行星命名的传统将新创造的元素钚以该天体命名。
大多数语言中以普路托的不同变体称呼该天体。野尻抱影提议在日语中以Meiousei（冥王星）称呼普鲁托。汉语、韩语、越语借用了该命名。部分印度语言使用普鲁托称呼该冥王星。但是包括印地语在内的其他印度语言使用印度教中的阎摩或佛教的阎罗王称呼冥王星。越语也用阎罗王星称呼冥王星。波利尼西亚语言也倾向于使用本土文化中地狱之神称呼冥王星，例如毛利语中的Whiro。
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。
冥王星围绕太阳公转一个周期大约需要248年，它的椭圆形轨道位于太阳系中被称为柯伊伯带的区域。冥王星的椭圆形轨道意味着，当它处于较近位置时，距离太阳大约44亿公里，而在最远位置时，距离太阳约为73亿公里。
冥王星的表面温度大概在35到55K（-238℃到-218℃）之间。
冥王星的结构还不清楚，但从它的平均密度（大约2克/立方厘米）可推测冥王星像海卫一一样是由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，冥王星表面黑暗部分的组成还不知道，但可能是一些基本的有机物质（如托林等）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，大气层的气体凝华成固体。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。
冥王星和海王星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。
2009年有科学家确定，冥王星的大气比以前认为的相对更加温暖，但对于我们来说，这颗矮行星周围的大气温度非常低，一般约-180℃。而冥王星表面温度低达约-220℃。有趣的是，在冥王星表面有一个心形区域，被称为“冥王之心”，在2015年7月15日，美国航天局“新地平线”任务团队宣布以冥王星的发现者克莱德·威廉·汤博将其命名为“汤博区”，而在这片心形区域中，新地平线号探测器发现了冰原。这片冰原以人类发射的第一颗人造卫星的名字“斯普特尼克”来命名。
2015年9月新视野号传回冥王星最新照：陨石坑环绕巨大冰原。
新视野号还发现冥王星的大气存在巨大的压力差，这意味着在冥王星表面可能曾有过液体挥发现象，以前只在地球、火星和土卫六“泰坦”几颗太阳系星球上观测到这个现象。冥王星的大气是蓝色的。
冥王星自1930年被发现以来，长期被列入太阳系九大行星之列。但是从2000年起，在太阳系边缘、海王星外侧的柯伊伯带中不断发现新天体，其个头越来越大，特别是2005年发现的阋神星，当时被认为比冥王星更大，因为当时估测的冥王星直径只有约2300公里。
近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗。此后，“九大行星”成为家喻户晓的说法。
自从80多年前被发现的那天起，冥王星便与“争议”二字联系在了一起。一是由于其发现的过程是基于一个错误的理论；二是由于当初将其质量估算错了，误将其纳入了大行星的行列。不过，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。
1930年美国天文学家汤博发现冥王星，当时错估了冥王星的质量，以为冥王星比地球还大，所以命名为大行星。然而，经过近30年的进一步观测，发现它的直径只有2300公里，比月球还要小，等到冥王星的大小被确认，“冥王星是大行星”早已被写入教科书，以后也就将错就错了。
1998年，曾有人建议把冥王星剔除大行星之列，但被当年国际天文学联合会（IAU）否决。
2005年发现的离散盘天体阋神星质量甚至比冥王星质量多出27%。国际天文联合会（IAU）认识到冥王星仅为众多外太阳系较大冰质天体中的一员后，于是决定重新定义行星概念。
2006年8月24日下午，第26届国际天文联合会通过决议，由天文学家以投票正式将冥王星划为矮行星，自行星之列中除名。
2006年9月7日，国际小行星中心把已知或即将成为矮行星的天体赋与编号，冥王星编号为小行星134340号。
2008年，国际天文联合会再次将冥王星划为类冥天体的原型，为矮行星项下的子分类。
2009年3月，美国伊利诺斯州议会曾经专门就重新恢复冥王星的大行星资格的议案进行表决，以表示对伊利诺斯人、冥王星的发现者汤博的纪念。但科学界明确表示冥王星不可能再成为大行星，因为冥王星根本不是大行星。
冥王星在发现之初曾被认为是一颗位于海王星轨道外的行星，但后来的事实证明并非完全如此。譬如，在1979年1月21日～1999年3月14日这段时间，冥王星就比海王星更靠近太阳。这是由于冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其它行星大。冥王星在近日点附近时比海王星离太阳还近，这时海王星成了离太阳最远的行星。每隔一段时间，冥王星和海王星会彼此接近，在黄道投影图上两颗行星的轨道交叉。但不必担心它们会碰撞，因为它们的轨道平面并不重合，即使在交叉点附近，它们之间的距离仍然是很大的。它们会像运行于立体交叉公路上的车辆一样，各自飞驰而过。1978年7月，美国海军天文台的克里斯蒂在研究冥王星的照片时，偶然发现冥王星小小的圆面略有拉长。他把1970年以来所有的冥王星照片都找出来，结果发现这一现象是有规律地出现的，于是他断定冥王星有一颗卫星。由于冥王星离我们实在太远了，以致在大望远镜里也不能把冥王星和它的卫星分开。这好比气象站的风速计，一根横杆连着两个圆球，在疾风中旋转。从远处看去，两个圆球融成一体，只能察觉出它时圆时扁的变化。冥王星的卫星被命名为卡戎（Charon）。在希腊神话中卡戎是普鲁托的一个役卒，专在冥海上渡亡灵。卡戎的公转周期与冥王星的自转周期一样都是6.39日。
平均半径：5.91352×10⁹km（39.956天文单位）
偏心率：0.24901
公转周期：248年197天5.5小时
会合周期：366.74天
平均轨道速度：17096km/h
轨道倾角：17.1449°
升交点经度：110.28683°
近日点幅角：113.76349°
近日点：4436824613千米（29.65834067天文单位）
远日点：7375927931千米（49.30503287天文单位）
公转周期：248年
表面积：1700万平方千米
轴倾角：119.61°
星体反照率：0.3
表面温度：一般为44K，最低33K，最高55K
冥王星是绕太阳转的，所以从地球上看，也会逆行。
冥王星公转一圈要花90465个地球天，或者247.68个地球年。
气压：0～0.01kPa
氮：90%
甲烷：10%
冥王星的轨道周期是248地球年。它的轨道特征明显的与其它行星不一样，遵循接近圆形轨道，只有很窄部分靠近被称为黄道的其它行星运行平面。相较之下，冥王星的轨道是高度倾斜的（超过17°），并且有着高离心率（椭圆形）。这样高的离心率意味着在某些区域，冥王星会比海王星更靠近太阳。在1989年9月5日，冥王星-卡戎的质心来到近日点，而在1979年2月7日至1999年2月11日之间比海王星更靠近太阳。在这段时间，冥王星和海王星最接近的距离是27.960天文单位。
就长远来看，冥王星的轨道其实是混沌的。尽管电脑模拟可以预测数百万年的位置（在时间上向前和向后），但超过李雅普诺夫时间，长达一两千万年的计算是不切实际的：冥王星有着极难预测的因素，在太阳系中对微小细节也很敏感的不可测量性，会逐渐破坏它的轨道。迄今开始的数百万年，冥王星可能在远日点、近日点，或任何的地点上，而我们是无从预测的。但这并非意味着冥王星本身的轨道是不稳定的，只是以它如今在轨道上的位置，不可能事先预知和确定未来的位置。一些共振和其它的动力学效应维系着冥王星轨道的稳定，得以在行星的碰撞或散射中获得安全。
由于冥王星太暗太小，发现后很长时间不能确定它的大小。
最早估计它的直径是6600千米，1949年改为10000千米。
1950年柯伊伯用新建的5米望远镜将其修正为6000千米
1965年柯伊伯用冥王星掩暗星的方法定出直径的上限为5500千米。
1977年发现冥王星表面是冰冻的甲烷，按其反照率测算，冥王星的直径缩小到2700千米。
1980年用夏威夷莫纳克亚山上的3.6米红外望远镜测出的冥王星直径在2600～4000千米之间，一些天文学家观测指出，冥王星的直径约为2400千米，比月球（3475千米）还小，而卡戎直径为1180千米，它与冥王星直径之比是2:1，是九大行星中行星与卫星直径之比最小的。所以，有人说冥王星和它的卫星更像一个双行星系统。
2015年7月14日，新地平线号探测器飞掠冥王星，并测得冥王星直径约2370km，误差值为上下20公里，这一数据略大于阋神星，但由于没有近距离观测过阋神星，因此无法确定阋神星一定比冥王星小。
天文学家每次估计它的大小，结果都比以前更小。
1980年，两位天文学家发了一篇半开玩笑的文章，说照此下去，到了1984年冥王星就要消失了。但还没完，他们根据过去的观测拟合出了一条余弦曲线，余弦是个周期函数，这意味着它会在2256年重新出现，2392年会变成12个地球大！
卫星 名称 发现时间 发现者
冥卫一 卡戎 1978 詹姆斯·克里斯蒂
冥卫二 尼克斯 2005
哈勃太空望远镜
冥卫三 许德拉 2005
哈勃太空望远镜
冥卫四 Kerberos 2011 马克·肖华特等
冥卫五 斯提克斯 2012 Showalter, M. R.等
冥王星有五个已知的天然卫星：1978年詹姆斯·克里斯蒂发现的冥卫一；2005年发现的冥卫二和冥卫三；2011年发现的冥卫四；2012年发现的冥卫五。冥王星的卫星轨道都为圆形（离心率小于0.006）、与冥王星赤道共面（倾角小于1°）
冥王星的卫星与冥王星轨道平面的夹角为120°。冥王星系统非常紧凑，五颗卫星都处于稳定顺行轨道可能存在区域中最靠内的部分。冥王星与冥卫一相互潮汐锁定。它们互相绕对方运行，质心在冥王星外。两天体沿质心公转的周期与各自自转周期相同。此类系统在太阳系内部不多。一些天文学家据此将冥王星和冥卫一之间称为双矮行星或双星系统。2007年双子星天文台在冥卫一表面观察到氨水和水的晶体，暗示了活跃冰火山的存在。剩下的四颗卫星都位于冥卫一轨道外。
冥王星卫星的轨道都处于或接近轨道共振。冥卫二、冥卫三、冥卫五的轨道周期比例在计入进动作用后为18：22：33。冥卫一、冥卫二、冥卫三、冥卫四、冥卫五的轨道周期之比也接近1：3：4：5：6。
一般认为冥王星的卫星由太阳系早期冥王星与较小天体碰撞产生的碎片聚集而成。然而冥卫四的反照度比其他卫星都低，无法用撞击说解释。
冥卫一的北极显暗红色，太阳系其他已知天体中从未出现，科学家猜测这是从冥王星逃逸的大气物质重新聚集在卫星地表形成的。
1930年，美国天文学家汤博发现冥王星，当时错估了质量，以为冥王星比地球还大，于是命名为大行星。
20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。
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公里左右。就连冥王星的显著特征——它的卫星和大气，也并不是唯一的，海王星外天体带中的一些小行星也有自己的卫星。
2005年7月9日，新发现了阋神星（厄里斯），是一个已知最大的属于柯伊伯带及海王星外天体的矮行星，因观测估算比冥王星大，在公布发现时曾被其发现者和NASA等组织称为“第十大行星”。并曾被传为第十大行星“齐娜”。阋神星的发现更使国际天文学同盟会觉得冥王星应该归入矮行星。
2006年1月17日，美国国家航空暨太空总署发射无人探测船“新地平线号”（也叫“新视野号”）。对冥王星及柯伊伯带进行探索任务。
2010年2月4日，美国航天局公布了哈勃太空望远镜2002年到2003年间拍摄的部分冥王星图像。天文学家对这批图像进行分析后认为，冥王星正逐渐变红，这有可能是冥王星上受日光照射一极的冰融化而在另一极重新冻结造成的，显示表面季节急速变化。
2015年4月29日，美国国家航空暨太空总署的“新地平线”号宇宙飞船捕捉到当时最清晰的冥王星影像，照片可以观察到星球表面特征，其中包括疑似极区冰帽。
2015年7月14日，美国宇航局的新地平线号探测器飞越冥王星，测得冥王星直径约2370km，其卫星卡戎直径约1208km。通过这次探测得知冥王星比之前预想的稍大一些，这也标志着人类首次冥王星飞掠探测任务成功。
2015年9月18号，美国宇航局（NASA）公布冥王星新图，从图片中可以非常清晰以第一颗人造卫星命名的“史泼尼克平原”（Sputnik Planum）、诺盖山脉（Norgay Montes）和希拉里山脉。
2016年2月4日，美国国家航空航天局表示，透过“新视野号”太空船所传回的照片和数据进行分析后，科学家们已证实冥王星上存在冰山，不仅横跨距离达几公里，还穿越了尚未正式命名的“Sputnik Planum”冰冷平原地区，整体面积占到人类熟悉的巨大“心形”阴影部分的一半左右。
2015年飞越冥王星与其最大卫星卡戎（Charon）时，拍下了一组珍贵照片，科学家研究这批照片，认为卡戎很可能曾经有过地下海洋，不过已经结冰。
2016年1月17日，美国宇航局称，“新视野”号太空探测器拍到了冥王星上可能存在的两座低温火山中的一座火山的高清图像。
2015年7月，探测器从距离冥王星4.8万公里的地方拍摄的，疑似低温火山的高度为4000米，直径达到150公里。
2016年3月4日，冥王星上一些高山的顶部就像地球一样，也覆盖着皑皑“白雪”，这是美国航天局“新视野”号探测器项目团队的最新发现。
研究人员发现，在冥王星一块深色区域中有条长约420公里的山脉，山顶被“有着异星情调的冰雪”覆盖。
科学家认为，这些冰雪的主要成分是冥王星大气中的甲烷，冷凝后降到山顶上。“新视野”号项目团队科学家约翰·斯坦斯伯里在一份声明中说，这种物质只覆盖在山峰顶部，这意味着甲烷就像地球大气中的水那样，会在高纬度凝结成“冰雪”。
2005年美国宇航局“新视野号”探测器首次抵达冥王星，2015年7月，该探测器再次接近冥王星轨道。新视野号探测器陆续发送冥王星冰山、冰块、陨坑，甚至积雪的图像，近期，最新图片显示冥王星有存在云层的证据。
这项研究产生一个疑问——是否冥王星应当恢复行星地位？但是物理学家表示，这是不太可能的。美国科罗拉多州西南研究院的约翰·斯宾塞（John Spencer）指出，这些云层似乎从冥王星表面“脱颖而出”。
该图片左侧斯普特尼克平原东南部上空有一道非常明亮的低空烟雾，图片右侧Krun Macula区域阳光照射表面存在一个离散模糊云层，但是新视野号研究小组无法证实云层的真实存在。约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室发言人称，研究小组认为这是冥王星大气层存在的证据，其中包括复杂的阴霾，科学家继续分析和讨论输入数据，这将作为规范科学进程的一部分。
如果冥王星存在云层，则意味着它存在着一个活跃周期，像地球水循环或者土卫六甲烷循环。这项研究产生了关于冥王星表面和大气层的新疑问，英国皇家天文学会主席马丁·巴斯托（Martin Barstow）教授说：“这是新视野号探测器飞越冥王星时令人兴奋的新发现，虽然我认为需要一些时间来理解我们所观测到的信息。”
与地球相比，冥王星大气层更稀薄，因此是否有云层存在较大的不确定性。巴斯托说：“地球大气云层是大气层中悬浮水滴形成的，我们可能看到一个类似效应，但不一定是水，尤其当温度非常低时，或者表面释放物质形成云层，因此我们看到的区域存在更多气体，看上去比周围区域更加不透明。”
但是物理学家强调称，即使冥王星存在某种类型的活跃周期，它并不会恢复行星身份。据悉，2006年，冥王星失去了行星身份。巴斯托指出，太阳系其它星球也存在着活跃周期，例如：土卫六（土星最大的卫星），我并不认为这项最新研究会成为恢复冥王星行星身份的有力证据。
