Prima explorare a sistemului solar a fost realizată cu ajutorul telescoapelor, atunci când astronomii au început să identifice obiectele prea slabe pentru a fi văzute cu ochiul liber. Galilei a fost primul care a descoperit detalii fizice cu privire la corpurile individuale ale sistemului solar. El a descoperit că Luna era plină de cratere, că Soarele era marcat cu pete solare, și că Jupiter avea patru sateliți care orbitează în jurul lui. Christiaan Huygens a continuat descoperirile lui Galileo prin descoperirea lui Titan, satelitul lui Saturn și formei inelelor lui Saturn. Giovanni Domenico Cassini a descoperit mai târziu încă patru sateliți ai lui Saturn.

           Deși este discutabilă perioada când sistemul solar a fost cu adevărat „descoperit”, trei observații din secolul al XIX-lea au determinat natura și locul său în Univers, dincolo de orice îndoială. În primul rând, în 1838, Friedrich Bessel a măsurat cu succes o paralaxă stelară, fiind o schimbare aparentă în poziția de o stea creată de mișcarea Pământului în jurul Soarelui. Acest lucru nu a fost doar o primă dovadă directă, de heliocentrism experimental, de asemenea, a relevat, pentru prima dată, distanța mare dintre sistemul nostru solar și stelele. Apoi, în 1859, Robert Bunsen și Gustav Kirchhoff, folosind un nou spectroscop inventat, au examinat semnătura spectrală a Soarelui și au descoperit că a fost alcătuit din aceleași elemente ca și cele existente pe Pământ, stabilind pentru prima dată o legătură fizică între Pământ și ceruri. Apoi, părintele Angelo Secchi a comparat semnătura spectrală a Soarelui cu cele ale altor stele, și le-a găsit aproape identice. Realizarea că Soarele era o stea a condus la ipoteza ca alte stele ar putea avea sisteme proprii, deși acest lucru nu a fost să fie dovedit încă aproape 140 de ani.