潮汐固定された、自転周期と公転周期の比が1:1（自転と公転の同期）の惑星は、片側は常に主星を向けるため高温となり、もう一方は光が届かず冷たく凍り付いているであろう。ハビタブルゾーン内にある惑星の場合、惑星の主星を向けている側のみに水が存在し、もう片側では水は氷として存在することから、そのような惑星は外見が眼球のように見えるかもしれない（アイボール・アース）。一方、楕円軌道で公転している惑星の場合、自転周期と公転周期の比が3:2、もしくは5:2だと、惑星の両面に高温の領域が発生し、眼球のように見える部分が2つ形成されるかもしれない。楕円軌道で、なおかつ自転軸が傾いている場合、日射のパターンはより複雑になる。より多くの惑星が発見されるにつれて、太陽系外惑星学の分野は、地球以外の惑星についてより深い研究が行えるように進歩し、最終的に太陽系以外の天体での地球外生命体の見通しについて、取り組んでいくであろう。天文学的な距離を考えると、地球外生命体が惑星規模で発達し、古典的な物理化学的プロセスでは説明できないような大きな惑星環境の変化があれば、人類はその存在を認知できるかもしれない。例えば、地球の大気中に含まれる酸素（O₂）は非生物学的方法によってわずかに生成される可能性はあるが、大部分が多くの植物や微生物による光合成によって生成されているため、太陽系外惑星に地球外生命が存在することを示す兆候にも利用できる。さらに、潜在的に居住可能な惑星は充分な大気圧を保持するのに必要な質量を持ち、活動が安定している恒星から表面に液体の水が存在できる適切な距離を保っている必要がある。
いくつかの太陽系外惑星では、大気の存在が確認されている。初めて太陽系外惑星の大気が発見されたのはHD 209458 bの2001年であった。太陽系外惑星ケプラー1520b（KIC 12557548 b）は主星に非常に近い軌道を公転する小さな岩石惑星で、尾を引いて蒸発されている。この塵は、火山活動から噴出されたものが、惑星の表面重力が小さいが故に放出されたか、金属蒸気が凝縮して超高温な状況下によって気化した金属の塵であるとされている。2015年6月、科学者たちは太陽系外惑星グリーゼ436bの大気が蒸発し、惑星の周りに巨大な雲が形成されていると発表した。主星からの放射により、長さ14×10⁶ kmの長い尾が出来ているとされている。2017年5月、大気中の氷晶から反射される光を何万kmも離れた周回衛星から観測したと発表された。これを識別するための技術は太陽系外惑星を含む遠方の天体の大気の研究にも役立つとされている。
2013年、自由浮遊惑星を公転する衛星候補の天体を発見したと発表された。また、2017年には太陽系外惑星ケプラー1625bには、海王星サイズの衛星が存在する可能性が示され、2018年10月3日にはその存在を示す証拠が得られたと発表された。
恒星1SWASP J140747.93-394542.6の周りには、土星の環よりも遥かに大きな環によって囲まれた伴天体が公転していることが知られている。しかし、その伴天体の質量ははっきりしておらず、惑星ではなく褐色矮星や、低質量の恒星である可能性もある。フォーマルハウトbの光学的な明るさの強さは、木星ではガリレオ衛星が公転している領域に相当する惑星半径の20～40倍の大きさを持つ環のような構造が、光を反射していることに起因している可能性がある。太陽系のガス惑星の環は主惑星の赤道面上に位置している。しかし主星に近い惑星の場合、主星からの潮汐力によって、最も外側の環は主星が公転する惑星の軌道面に沿って位置するようになるとされている。内側の環は、太陽系のガス惑星と同様に赤道面上に位置しているため、惑星の自転軸が傾いている場合、環の内側と外側で傾斜が異なっている歪んだ環となるだろう。
かに座55番星eの大規模な表面温度の変動は火山活動を起こせるとされており、熱放出を遮断する大きな塵雲を放出し、惑星を覆っている可能性がある。
2007年に、独立した2つの研究チームは、より規模が大きなスーパー・アースにプレートテクトニクスが存在する可能性について、それぞれ逆の結論に達している。片方のチームは、プレートテクトニクスは一時的にしか発生しないか、あるいは一枚岩のプレートの下でマントルが対流するだけの「スタグナントリッド」と呼ばれる状態になるとしており、もう片方のチームは、惑星が乾燥していてもスーパー・アースならプレートテクトニクスは起こりうるとしている。スーパー・アースが地球の80倍以上の水を持っていれば、全ての大陸が沈み海洋惑星となる。しかしこの限界よりも水の量が少なければ、深層の水循環は、大陸とマントルの間に充分な量の水を移動させ、大陸の存在を可能とする。
生物の水平の分布については、極地から赤道地域まで生命の存在が認められている。動植物の分布だけについて考えるならば、地球上には「生息に不適な地域」も存在するが、極限環境微生物の発見により、生物圏は従来から考えられていた領域よりも更に大きいものと考えられるようになった。地球上の生物圏の実際の厚さは、計測が困難である。動植物の分布については、マダラハゲワシは高度12,000メートルで飛んでいたものが飛行機のジェットエンジンに吸い込まれたという記録があり、エベレスト（ヒマラヤ山脈）をも越えて移動していくことが知られているインドガンも飛行高度が9,000メートルに達する。深海魚ついては、水深 8,372mのプエルトリコ海溝で発見された例がある。微生物の分布を考えると、さらに生物圏の範囲が広がる。培養可能な微生物としては、高度41kmでの発見例がある。この高度の紫外線・温度・大気成分を考慮すると、その微生物がその高度で繁殖する可能性は低いが、生きた状態で運ばれてきたことは否定できない。また、深海でも極限環境微生物が発見されており、高温・高圧の条件に適応している。また、地中においては、スウェーデンの深度 5km以下の地殻にある 65-75°Cの岩の間から、培養可能な好熱性微生物が発見されている。地殻においては、深度が深くなるに連れて、温度の上昇が急になることが知られている。その増加の割合は、岩のタイプほか様々な要因に左右される。2008年時点で知られているもっとも高温に耐える古細菌 Methanopyrus kandleri strain 116は 122°Cで生育が可能なため、地下の微生物の分布は深さより温度に左右される可能性もある。生物圏は数種の生物群系に分けられ、各地に類似した植物相と動物相が分布する。地上では、生物群系は主に緯度によって切り分けられる。北極圏または南極圏の範囲にある陸地の生物群系では動植物があまりおらず、赤道付近には生物数が多い生物群系が存在する。