Открытие планеты Нептун и уточнение параметров ее орбиты позволило в десятки раз уменьшить расхождения между расчетными значениями и результатами наблюдений (так называемые невязки) в движении Урана. Однако полностью устранить, точнее, свести эти невязки до уровня, который бы определялся только ограниченной точностью элементов орбиты и ошибками наблюдений, все еще не удавалось.

Первым обратил на это внимание в 1848 американский астроном Б. Пирс, а в 1874 другой астроном, С. Ньюком, приступил к построению новой теории движения Урана, которая учитывала бы возмущающие воздействия на эту планету со стороны Юпитера, Сатурна и Нептуна. Обсуждался и вопрос о возможном влиянии транснептуновой планеты.

К этому же вопросу обратился в 1879 в книге "Популярная астрономия" и французский астроном К. Фламмарион, опиравшийся на анализ движения трех комет. Он предсказывал существование большой планеты, движущейся по орбите в 43 раза большего радиуса, чем у Земли, и совершающей полный оборот вокруг Солнца за 330 лет.

Однако в большей степени, чем этим исследованиям, открытие девятой планеты обязано П. Ловеллу. В 1915 он опубликовал "Трактат о транснептуновой планете", в котором отражены (почти без упоминания об авторстве) итоги огромной проделанной им работы. Проведенные Ловеллом задолго до 1915 вычисления послужили побудительной причиной начатых еще в 1905 поисков "планеты Х", как он ее называл. После того, как в 1916 Ловелла не стало, работа была продолжена. Тщательная обработка фотографических пластинок с изображением тех участков звездного неба, где предполагалось найти новую планету, однако, успеха тогда не принесла. (Впоследствии, когда Плутон уже был открыт, пластинки 1919 повторно были обработаны, и на них-таки обнаружились четыре очень слабых и потому не замеченных ранее изображения этой планеты).

В начале 1929 в Ловелловскую обсерваторию поступил 32,5-сантиметровый объектив с фокусным расстоянием 169 см, что значительно улучшило возможности обнаружения искомого объекта. Наблюдения начались 1 апреля, а первые исследования пластинок - в сентябре 1929. Съемка области Водолея продолжалась месяц за месяцем с продвижением в восточном направлении через созвездия Рыб, Овна и Тельца. Обычно интервал между съемками равнялся двум суткам, однако между первым снимком окрестности d Близнецов (21 января 1930) и последующим прошло на четыре дня больше. Когда снимки были обработаны, 18 февраля 1930 проводивший их исследование астроном-любитель К. Тибо смог убедиться, что открыта новая планета. По ее перемещению в течение четырех дней было установлено, что объект расположен за орбитой Нептуна. Опасения, что объект быстро переместится, то есть является каким-то необычным астероидом или кометой, рассеялись, когда подтвердилось, что он неизменно обнаруживается на предвычисленном месте.

12 марта 1930 директором Ловелловской обсерватории В. М. Слайфером была послана телеграмма: "Систематические многолетние поиски, дополняющие исследования Ловелла по транснептуновой планете, привели к обнаружению объекта, который в течение семи недель имел скорость движения и траекторию, согласующиеся с данными транснептунового тела на предписанном ему расстоянии. Пятнадцатая величина. Положение 12 марта в 3 часа Гринвичского среднего времени было семь секунд к западу от d Близнецов в согласии с долготой, предвычисленной Ловеллом".

Любопытно, что объявление об открытии новой планеты совпало с днем рождения Ловелла и с 149 годовщиной открытия Урана У. Гершелем.

Новая планета имела желтоватый цвет, заметно отличающийся от голубоватого цвета Нептуна. В честь греческого бога тьмы, способного становиться невидимым, ее назвали Плутоном. В качестве символа планеты весьма удачно был избран знак, составленный из латинских букв P и L, которые совпадают с монограммой инициалов П. Ловелла.

Открытие Плутона было встречено с энтузиазмом астрономами, хотя появились и скептические высказывания. По мнению ряда исследователей открытие Плутона явилось даже в определенной степени случайным, так как его масса недостаточна, чтобы оказать заметное влияние на движение Урана.

Многие проблемы, касающиеся Плутона, получили разрешение только на качественно новом этапе исследований, связанном с появлением космических аппаратов.