Орбита Плутона была нанесена на карту вскоре после его открытия, и было установлено, что она сильно отличается от орбиты других планет Солнечной системы. Орбита Плутона немного более эллиптическая, чем орбита Меркурия, и гораздо более эллиптическая, чем орбита других планет, которые имеют почти круглую форму. Если орбита Нептуна, например, колеблется примерно в 0.5 AU (где 1 AU - это расстояние между Землей и Солнцем), то Плутон может находиться примерно в 30-50 AU от Солнца, а в самом близком к нему месте он ближе к Солнцу, чем Нептун.
Орбита Плутона также сильно наклонена. Это означает, что он не движется по орбите в плоской плоскости, занятой остальными планетами и поясом астероидов. Относительно этой плоскости - известной как эклиптика - Плутон движется по орбите под углом около 17°.
Наконец, Плутон наклонен по своей оси примерно на 120°, и поэтому, как и Венера и Уран, его можно считать перевернутым. Это означает, что он переживает времена года по-разному: некоторые его части находятся в непрерывной темноте, а некоторые - в непрерывном дневном свете, что на расстоянии Плутона сравнимо с сумерками на Земле. Всё это говорит о том, что Плутон пережил нечто вроде столкновения или тесного взаимодействия с другим объектом, который повлиял на его орбиту.
В 1976 году астрономы Гавайского университета вычислили альбедо Плутона - это мера того, насколько он отражателен, что связано с его яркостью. Плутон был признан гораздо более отражающим, чем Земля, что означает, что он, вероятно, покрыт льдом. Состав поверхности и атмосферы планеты можно определить с помощью спектроскопии, а поверхность Плутона, как выяснилось, состоит из замороженного метана. В 1990-х годах было также показано, что он содержит замороженный азот и окись углерода с тонкой атмосферой, состоящей из всех этих газов.
Американский астроном Джеймс Кристи на фотографиях Плутона, сделанных в 1978 г., открыл самую большую луну Плутона. Луна была названа Чароном, как в честь жены Кристи Шарлин, так и в честь мифической фигуры, которая переправляет мертвых в подземный мир. Было обнаружено, что Чарон и Плутон находятся на очень близкой орбите, средняя дистанция между ними составляет около 20 000 км. Это примерно в 20 раз ближе, чем расстояние между Землей и Луной.
Это привело к тому, что Плутон и Чарон стали приливно-отливными, так что одна сторона Чарона всегда обращена к Плутону - точно так же, как одна сторона Луны всегда обращена к Земле. Однако в плуто-чаронской системе это происходит в обе стороны, так что одна сторона Плутона тоже всегда обращена к Чарону.
Астрономы могли бы измерять массу Плутона и Чарона, изучая орбиту Чарона. Было установлено, что Плутон примерно на 0,25% массивнее Земли. Это делает его более массивным, чем Церера, но менее массивным, чем Луна. Чарон был признан массивным примерно на 12%, как Плутон.
Размер Плутона можно определить по его видимому размеру и расстоянию, которое можно определить с помощью параллакса. Было обнаружено, что диаметр Плутона составляет около 2370 км. Это похоже на расстояние между Нью-Йорком и Лас-Вегасом и дает Плутону площадь около 17 миллионов км2, что примерно равно площади поверхности России. Диаметр Чарона примерно в два раза меньше размера Плутона. Это делает его самой большой луной в Солнечной системе по отношению к размерам ее планеты, поэтому Плутон и Чарон иногда называют бинарной системой.
Плотность планеты можно узнать, сравнив ее массу с размером, а после того, как плотность Плутона стала известна, астрономы смогли предсказать, из чего она сделана. Плутон плотнее, чем газовые гиганты - Юпитер и Сатурн, и ледяные гиганты - Уран и Нептун, но он менее плотен, чем земные планеты, которые в основном состоят из камня.
Предполагалось, что Плутон состоит из воды и породы, и что они отделились, так что вода образует толстый слой над скалой и под замерзшей поверхностью. Слой воды может быть замерзшим, а может быть нагретым в результате распада радиоактивных элементов и образовать океан, который может быть примерно в 10 раз глубже, чем океан на Земле. Ожидается, что аналогичные океаны будут существовать на лунах Юпитера и Сатурна. Чарон менее плотен, чем Плутон, и поэтому, вероятно, имеет похожий состав, но с большим количеством воды по отношению к породе.
Первые снимки с высоким разрешением Плутона и Чарона были сделаны космическим телескопом Хаббла (Hubble Space Telescope, HST) в 2000-х и 2010-х годах. Они показали, что у Плутона четыре луны меньшего размера: Никс, Гидра, Керберос и Стикс. Nix и Гидра были открыты в 2005 году, Керберос в 2011 году, и Стикс в 2012 году.
К этому времени были обнаружены другие объекты, вращающиеся вокруг Солнца с такого же расстояния до Плутона, и становилось все более очевидным, что Плутон существует в рамках более крупной системы, так же как Церера, Паллас, Юнона и Веста были обнаружены в пределах астероидного пояса.
