Výskum sondami Od vypustenia prvej umelej družice Zeme v roku 1957 sa začala rozvíjať kozmonautika, ktorá zohrala dôležitú úlohu vo výskume telies slnečnej sústavy. Prvým cieľom výskumov sa stalo naše najbližšie kozmické teleso – Mesiac, ku ktorému sa Spojené štáty pokúsili vyslať sondu Pioneer 0 už v roku 1958. Sonda však bola zničená pri štarte. Po prvýkrát sa podarilo preletieť okolo Mesiaca až sovietskej družici Luna 1 v roku 1959. Luna 2 bola prvá sonda, ktorá na Mesiac dopadla, čo bol prvý zásah iného kozmického telesa pozemskou sondou. V roku 1961 sa Sovietsky zväz pokúšal vyslať sondy nielen k Mesiacu, ale aj k našej najbližšej planéte Venuši. 12. februára 1961 okolo nej preletela sonda Venera 1, ale bez spojenia so Zemou. Prvý aktívny prelet okolo Venuše sa podaril americkej sonde Mariner 2 27. augusta 1962. V roku 1964 nasledoval prvý aktívny prelet okolo Marsu (sonda Mariner 4). Prvé hladké pristátie na Mesiaci uskutočnila sonda Luna 9, na Venuši Venera 7, a na Marse Mars 3. Prvé pristátia na planétach však prišli až potom, ako sa prví ľudia, Neil Armstrong a Buzz Aldrin, prechádzali po Mesiaci. Mesiac je doteraz jediné teleso slnečnej sústavy, ktoré bolo zblízka preskúmané ľudskou posádkou. Ostatné časti slnečnej sústavy sú pre nás ešte stále nedosiahnuteľným priestorom. Keby sme sa pokúšali cestovať na okraj slnečnej sústavy vesmírnou loďou Apollo rýchlosťou /h (najväčšou rýchlosťou, akú kedy teleso s ľudskou posádkou vyvinulo), cesta len k prvej hranici slnečnej sústavy, k heliopauze v jej najbližšom bode, by nám trvala 84 rokov. V súčasnosti heliopauzu dosiahli len automatické sondy vypustené k vonkajším planétam: Pioneer 10 a 11 a Voyager 1 a 2. Súbor:Artwork Galileo-Io-Jupiter.JPG|left|thumb|Galileo, prvá a jediná umelá družica Jupitera, pomenovaná po objaviteľovi jeho štyroch najväčších mesiacov. Vnútorné planéty a ich mesiace neskôr skúmali sondy Mariner 10 (Merkúr), ďalšie sondy programu Venera (Venuša), programu Luna (Mesiac), Viking, Mars, Fobos a ďalšie. Vonkajšie planéty spočiatku skúmali len preletové sondy Pioneer 10 a 11 a Voyager 1 a 2. Voyager 2 je jediná sonda, ktorá zblízka skúmala dve najvzdialenejšie planéty Urán a Neptún a ich mesiace. Sonda Galileo sa v roku 1995 stala prvou umelou družicou joviálnej planéty – Jupitera. V roku 2004 začala okolo Saturnu obiehať iná umelá družica – sonda Cassini. Okrem planét a mesiacov skúmali sondy tiež kométy, napríklad sonda Deep Impact skúmala kométu Tempel 1. Ďalšie zase preskúmali asteroidy: sonda NEAR Shoemaker asteroid Eros, japonská sonda Hayabusa zase asteroid 25143 Itokawa. Sonda New Horizons mieri ku Kuiperovmu pásu a má skúmať okrem iného aj trpasličiu planétu Pluto, ktorá bola v čase jej štartu považovaná ešte za planétu. Európska sonda Rosetta má v roku 2014 preskúmať kométu 67P/Churyumov-Gerasimenko a spustiť pristávací modul na jej povrch. Okrem sond skúmajú telesá slnečnej sústavy pozemské a orbitálne ďalekohľady, napríklad Hubblov vesmírny ďalekohľad (HST). HST však nemôže pozorovať Slnko, ani Merkúr kvôli obavám z poškodenia jeho optiky slnečným žiarením. Pohyby telies slnečnej sústavy študuje nebeská mechanika, otázky vzniku slnečnej sústavy planetárna kozmogónia.