这些地图是通过复杂的计算机处理生成的，通过哈勃太空望远镜提供的像素点找到了最合适的投影。直到2015年7月新视野号飞越冥王星系统之前，这些地图仍然是冥王星最详细的地图，因为哈勃太空望远镜上用于拍摄这些照片的两个镜头已不再使用。
新视野号飞船于2015年7月对冥王星进行了飞掠观测，这是首次也是仅有的一次直接探索冥王星的尝试。新视野号于2006年发射，2006年9月下旬，在对其搭载的远程侦察成像仪进行测试时，拍摄了冥王星的第一张遥远图像。这些图像是从约42亿千米的距离拍摄的，证实了该航天器能够追踪远距离目标的能力，这对于向冥王星和其他柯伊伯带天体的航行至关重要。 2007年初，飞船通过木星的引力弹弓效应进行加速。
在经过3462天的飞越太阳系的旅行之后，新视野号于2015年7月14日完成对冥王星近距离的飞掠。对冥王星的科学观测始于飞掠之前五个月，并且在飞掠之后持续了至少一个月。使用包括成像仪器和无线电测量工具在内的遥感组件包进行了观察，也开展了光谱分析及其他实验。新视野号的科学目标是测量冥王星及冥卫一的全球地质和形态，绘制其表面组成，分析冥王星的中性大气及其逃逸速率。在2016年10月25日，美国东部时间下午05:48，地面从新视野号收到了冥王星系统的最后数据。
自新视野号飞掠冥王星以后，科学家一直倡导执行一次新的轨道探测任务，发射新的轨道探测器到冥王星以实现新的科学其中包括以每像素9.1米的精度绘制表面，观测冥王星的小卫星，观察冥王星自转轴如何变化，以及绘制因轴向倾斜而长期处于黑暗的区域的地形图。最后一个目标可以使用激光脉冲实现，生成冥王星的完整地形图。新视野号首席研究员艾伦·斯特恩Alan Stern提倡研制一种类似卡西尼号的轨道探测器，该轨道器2030年左右发射，发现冥王星100周年，到达冥王星系统后根据需要使用冥卫一的引力来调整其轨道以实现科学目标。在完成所有冥王星探测的科学目标之后，轨道探测器可以利用冥卫一的引力离开冥王星系统，并研究更多的柯伊伯带天体。由美国国家航空航天局创新先进概念计划资助的一项概念研究，该项目基于普林斯顿场反转结构的聚变反应堆，包括冥王星轨道探测器和着陆器。
由于新视野号最接近背向冥卫一的冥王星半球，面向冥卫一半球的赤道区域仅以低分辨率成像。新视野号拍摄了冥王星北半球以及赤道地区以南约30度的图像。冥王星南半球高纬度地区仅有从地球观测到的图像，分辨率非常低。1996年哈勃太空望远镜拍摄的影像覆盖了冥王星表面的85％，包括南纬75度的大型反照率特征。这足以显示温带区黄斑的程度。由于哈勃太空望远镜仪器的细微改进，后来的图像分辨率稍好一些，但不包括冥王星最南端部分。