第一種 過境法
當行星穿過恆星的時候，就會阻擋住恆星的部分光線，因此通過觀察恆星的亮度就可以觀察是否有行星的存在。NASA在2009年3月發射了一個開普勒宇宙飛船來進行觀測，至今已經發現了2700多顆可能的行星。此外，天文學家通過觀測行星穿過恆星的時間變化，可以進一步來觀測圍繞着這顆恆星的其他行星的存在。
第二種 引力透鏡
引力透鏡是一種特殊的光學效應。假如地球與另一個天體之間存在着一個強引力場天體，當這三個天體差不多在一條直線上時，強引力天體附近的時空彎曲會讓遠方的光無法以直線的形式到達地球，因此在地球上觀測到的光實際上是偏離原本方向的。我們可以想象成一個透鏡對光線進行了折射。
因此，當地球觀察一個大質量的物體從一顆恆星面前經過時，就產生了類似的透鏡效應。科學家可以通過研究這種光亮的亮度和暗度來進行觀察。引力透鏡法適合去研究較遠的行星，包括那些沒有母恆星，在太空漫遊的“流氓流星”。
第三種 照片證據
這也就是説通過儀器和望遠鏡直接拍攝到了天體的真實圖像。比如NASA可以直接通過哈勃望遠鏡對一些行星的樣子直接進行成像，此外夏威夷的凱克天文台、智利的歐洲南方天文台的望遠鏡，以及其它的望遠鏡都得到過類似的照片證據。
第四種 脈衝星計時
脈衝星是旋轉的中子星，是恆星高密度的殘留物，會不斷地發出電磁脈衝信號，而脈衝星計時是以毫秒脈衝星的自轉週期為基準所建立的，專門用來探測脈衝星的方法。通過無線電脈衝的時間計算可以來研究軌道衞星的存在。
科學界最早就是用這種方法發現了太陽系以外的星系的。
第五種 多普勒方法
多普勒效應是指物體輻射的波長會因為波源和觀測者的相對運動而產生變化。通過紅移和藍移，我們可以計算出跟尋波源方向的行星軌道的運動，比如若處於運動的波源前面，光波則會被壓縮，波長變短，頻率變高，處於波源後面則反之。
這種方法測量了運動行星的徑向速度，計算了行星相對於恆星所產生的相對位移，也就是在圍繞恆星運動時所產生的微小擺動。
目前也有很多系外行星是通過這種方法發現的，用來觀測的儀器主要是攝譜儀，它能夠對光譜進行分析，並且分解出不同波長的光。
第六種 狹義相對論
根據相對論的原理，光會聚集在恆星運動的方向上，因此天文學家就可以通過觀測恆星在被行星拉扯的過程中，是否有出現光子的堆積情況，就可以判斷恆星是否存在軌道行星。
愛因斯坦的行星（開普勒-76b行星）正是通過這種方法所發現的，之後採用了多普勒方法進一步驗證了。
第七種 天體測量學
天體測量學是依靠對太空中的行星運行軌道進行計算而得出精確結果的一種方法。事實上，很多天文學家一直都嘗試着使用天體測量的方法來尋找外星，比如歐洲航天局在2013年發射上天的蓋亞任務，確認了十億顆恆星的位置、距離以及每年的運動量。並且偵查了數萬個太陽系外的行星系統。
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