จากการค้นพบดาวเนปจูนในปี พ.ศ. 2389 ยังมีการสังเกตว่าอาจมีดาวเคราะห์พ้นวงโคจรของดาวเนปจูนหรือไม่ การสำรวจเริ่มขึ้นตอนกลางคริสต์ศตวรรษที่ 19 และได้รับความสนใจสูงสุดตอนต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 เมื่อเปอร์ซิวัล โลเวลล์ประกาศถึงภารกิจการหาดาวเคราะห์ X โลเวลล์เสนอสมมติฐานดาวเคราะห์ X เพื่ออธิบายถึงความคลาดเคลื่อนปรากฏในวงโคจรดาวเคราะห์ยักษ์ โดยเฉพาะดาวยูเรนัสกับดาวเนปจูน การสำรวจในขั้นแรกพบว่าจะต้องมีแรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่ของดาวเคราะห์ดวงที่เก้าที่มองไม่เห็น ซึ่งส่งผลกระทบต่อดาวยูเรนัสเพียงพอที่จะทำให้วงโคจรเกิดความคลาดเคลื่อนอย่างชัดเจน
การค้นพบดาวพลูโตของไคลด์ ทอมบอ ในปี พ.ศ. 2473 ทำให้สมมติฐานของโลเวลล์ถูกต้อง แล้วดาวพลูโตก็ได้รับสถานะเป็นดาวเคราะห์ดวงที่เก้าอย่างเป็นทางการ ในปี พ.ศ. 2521 ดาวพลูโตถูกสรุปว่ามีแรงโน้มถ่วงน้อยเกินไปที่จะส่งผลกระทบต่อดาวเคราะห์ยักษ์ได้ ทำให้มีการค้นหาดาวเคราะห์ดวงที่สิบขึ้น แต่การค้นหาก็ถูกเว้นระยะไปในช่วงคริสต์ทศวรรษที่ 1990 เมื่อยานวอยเอจเจอร์ 2 พบว่าความคลาดเคลื่อนของวงโคจรดาวยูเรนัสนั้น เกิดจากการให้ค่ามวลของดาวเนปจูนสูงเกินไป หลังจากปี พ.ศ. 2535 การค้นพบวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กที่มีวงโคจรคล้ายหรือกว้างกว่างดาวพลูโตได้นำไปสู่ข้อสงสัยที่ว่าดาวพลูโตยังควรจะถูกจัดเป็นดาวเคราะห์อยู่หรือควรจะถูกจัดให้อยู่กับดลุ่มวัตถุน้ำแข็งเหล่านั้น เหมือนกับดาวเคราะห์น้อย ที่ถูกจัดแยกเป็นประเภทต่างหาก ถึงแม้ว่าจะมีดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่ซึ่งถูกสำรวจในขั้นต้นแล้วว่าควรจะจัดให้เป็นดาวเคราะห์ ในปี พ.ศ. 2549 สหพันธ์ดาราศาสตร์สากล ได้จัดกลุ่มให้ดาวพลูโตและดาวอื่นๆที่มีขนาดใหญ่เป็นดาวเคราะห์แคระ ทำให้ดาวเนปจูนกลายเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลที่สุดในระบบสุริยะ
ทุกวันนี้สมาคมดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ทั่วโลกยืนยันว่า ดาวเคราะห์ X ไม่มีอยู่จริง แต่บางส่วนก็ยังคงยืนยันว่าดาวเคราะห์ X นี้มีอยู่จริง แต่อยู่ในบริเวณรอบนอกของระบบสุริยะ ในวัฒนธรรมสมัยนิยม หรือกระทั่งนักดาราศาสตร์บางคน ดาวเคราะห์ X ยังคงเป็นตัวแทนสำหรับดาวเคราะห์ที่ยังไม่ถูกค้นพบในระบบสุริยะชั้นนอก โดยไม่คำนึงถึงสมมติฐานของโลเวลล์ วัตถุพ้นดาวเนปจูนอื่นๆ ก็ยังเคยได้รับการขนานนามว่าเป็นดาวเคราะห์ X บนพื้นฐานของหลักฐานที่แตกต่างกัน จนถึงวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2557 การสังเกตโดยผ่านกล้องโทรทรรศน์ไวซ์ ได้ให้ข้อมูลว่าอาจมีความเป็นไปได้ที่วัตถุขนาดเท่าดาวเสาร์จะอยู่ในบริเวณ 10,000 หน่วยดาราศาสตร์ และวัตถุขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีหรือใหญ่กว่า จะอยู่ในบริเวณ 26,000 หน่วยดาราศาสตร์ออกไป
ในคริสต์ศตวรรษ 1840 อูร์แบ็ง เลอ แวรีเย นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ใช้กลศาสตร์แบบฉบับเพื่อคำนวณถึงความคลาดเคลื่อนของวงโคจรดาวยูเรนัส และสันนิษฐานว่ามันเกิดจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ที่ยังไม่ค้นพบ เขาได้คำนวณตำแหน่งของดาวเคราะห์นั้น แล้วส่งผลการคำนวณไปให้ โยฮันน์ กอทท์ฟรีด กัลเลอ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน ในวันที่ 23 กันยายน พ.ศ. 2389 คืนต่อมาหลังจากที่กัลเลอได้รับจดหมาย เขาและไฮน์ริช ดาร์เรสท์ นักเรียนของเขา ค้นพบดาวเนปจูนในตำแหน่งที่เลอ แวรีเยได้คำนวณไว้ แต่ก็ยังพบว่า วงโคจรของดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ยังคงคลาดเคลื่อน และได้นำไปสู่การค้นหาดาวเคราะห์ที่อยู่พ้นดาวเนปจูนออกไป
ก่อนการค้นพบดาวเนปจูน นักดาราศาสตร์เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ดวงเดียวไม่เพียงพอที่จะอธิบายถึงความคลาดเคลื่อนได้ วันที่ 18 พฤศจิกายน พ.ศ. 2377 ทอมัส จอห์น ฮัสซี นักดาราศาสตร์ชาวบริติช ได้รายงานถึงการถกเถียงระหว่างเขาและอาเลอซี บูวาร์ด นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส กับ จอร์จ บิดเดลล์ ไอรี นักดาราศาสตร์ชาวบริติช ฮัสซีรายงานว่าเมื่อเขาได้เสนอว่าการที่ดาวยูเรนัสมีวงโคจรที่ไม่ตรงกับการคำนวณนั้น เกิดจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งที่ยังไม่ค้นพบต่อบูวาร์ด บูวาร์ดตอบกลับมาว่าเขาก็มีความคิดแบบเดียวกัน และได้ปรึกษากับพีเทอร์ อันเดรียส ฮันเซิน ผู้อำนวยการหอดูดาวซีแบร์กในก็อตธา เกี่ยวกับประเด็นนี้แล้ว ฮันเซินได้แสดงความคิดเห็นว่า วัตถุเดียวไม่อาจอธิบายได้ถึงความคลาดเคลื่อนในการเคลื่อนที่ของดาวยูเรนัสได้ และคาดว่าจะต้องมีดาวเคราะห์ที่อยู่พ้นจากดาวยูเรนัสออกไปอีกสองดวง
ในปี พ.ศ. 2391 ฌัก บาบีแน คัดค้านคำนวณของเลอ แวรีเย ที่ได้คำนวณออกมาว่ามวลของดาวเนปจูนน้อยกว่าและวงโคจรของมันใหญ่กว่าที่ตัวเขาเองได้ทำนายไว้ บาบีแนตั้งสมมติฐานไว้ว่าจะต้องมีดาวเคราะห์อีกดวงนึง ซึ่งมีมวลอย่างน้อย 12 เท่าของโลกอยู่พ้นวงโคจรของดาวเนปจูนออกไป เขาได้ให้ชื่อดาวเคราะห์นั้นว่า "ไฮพีเรียน" เลอ แวรีเย ประณามต่อสมมติฐานของบาบีแนว่า มันเปล่าประโยชน์ที่จะต้องมาคำนวณหาตำแหน่งของดาวเคราะห์อีกดวง เพียงเพราะสมมติฐานที่เกินจริง
ในปี พ.ศ. 2393 เจมส์ เฟอร์กูสัน ผู้ช่วยนักดาราศาสตร์ของหอดูดาวกองทัพเรือสหรัฐอเมริกา ได้บันทึกไว้ว่าเขา "สูญเสีย" การติดตามดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่ชื่อว่า GR1719k ซึ่งร้อยโทแมธิว เมารี ผู้กำกับการของหอดูดาวกองทัพเรือสหรัฐอเมริกา เชื่อว่ามันเป็นหลักฐานของดาวเคราะห์ดวงใหม่ การค้นหาต่อๆมา ไม่สามารถที่จะหา "ดาวเคราะห์" ดวงนั้น ในตำแหน่งที่แตกต่างกันได้ และในปี พ.ศ. 2421 ซีเอชเอฟ ปีเตอส์ ผู้อำนวยการหอดูดาแฮมิลตันคอลเลจในนิวยอร์ก ได้แสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นมิได้หายไป แต่เกิดจากความผิดพลาดของตัวมนุษย์เอง
ในปี พ.ศ. 2422 กามิล ฟลามารียง ได้บันทึกว่าดาวหาง 1862 III และ 1889 III มีค่าความเยื้องโคจร 47 และ 49 หน่วยดาราศาสตร์ตามลำดับ เขาเสนอว่าพ้นดาวเนปจูนออกไป ยังมีดาวเคราะห์ที่ดึงดาวหางพวกนี้ให้มีวงโคจรเป็นวงรี จากหลักฐานนี้ทำให้ นักดาราศาสตร์ จอร์จ ฟอร์เบส สรุปได้ว่าจะต้องมีดาวเคราะห์ 2 ดวงที่พ้นดาวเนปจูนออกไป เขาคำนวณบนพื้นฐานของข้อเท็จจริงของดาวหางสี่ดวงที่มีค่าความเยื้องประมาณ 100 หน่วยดาราศาสตร์ และอีกหกดวงที่ความเยื้องประมาณ 300 หน่วยดาราศาสตร์ สมบัติของวงงโคจรของดาวเคราะห์พ้นดาวเนปจูนคู่ สมบัติเหล่านี้ถูกทำให้อิสระมากขึ้นโดยนักดาราศาสตร์อีกคนหนึ่งที่ชื่อว่าเดวิด เพก ทอดด์ เขายังเสนอต่อคนอื่นๆว่า สมบัตินี้อาจไม่เป็นจริง ถึงอย่างนั้น ข้อถกเถียงเกี่ยวกับวงโคจรดาวหางก็ยังคงคลุมเครือเกินกว่าที่จะสรุปออกมาเป็นคำตอบที่ชัดเจนได้
ในปี พ.ศ. 2443 และ พ.ศ. 2444 วิลเลียม เฮนรี พิกเกอร์ริง ผู้อำนวยการหอดูดาวฮาร์วาร์ดคอลเลจได้เริ่มการสำรวจหาดาวเคราะห์พ้นดาวเนปจูนสองครั้ง โดยครั้งแรก เริ่มโดย ฮันส์ เอมิล เลา นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ผู้ซึ่งเคยศึกษาการโคจรของดาวยูเรนัสตั้งแต่ พ.ศ. 2233 ถึง พ.ศ. 2438 เขาสรุปว่าดาวเคราะห์ดวงเดียวยังไม่เพียงพออธิบายถึงความคลาดเคลื่อนของวงโคจรของมัน และตั้งสมมติฐานว่าตำแหน่งของดาวเคราะห์อีกสองดวงจะต้องมีอยู่อย่างแน่นอน การสำรวจครั้งที่สอง เริ่มโดยกาเบรียล ดาแย เสนอว่ามีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งอยู่เลยออกไปที่ 47 หน่วยดาราศาสตร์ และมันเพียงพอที่จะอธิบายถึงความคลาดเคลื่อนได้แล้ว พิกเกอร์ริงเห็นด้วยที่จะเริ่มการค้นหาดาวเคราะห์ที่ว่านี้ แต่ว่าก็ไม่มีดวงใดถูกค้นพบ
ในปี พ.ศ. 2452 ทอมัส เจฟเฟอร์สัน แจ็คสัน ซี มีความเห็นว่า "จะต้องมีดาวเคราะห์ประมาณหนึ่ง สอง หรือาจจะสามดวงที่อยู่พ้นดาวเนปจูน" เขาได้ให้ชื่อดาวเคราะห์ดวงแรกว่า โอเชียนัส และเขายังให้ระยะทางของพวกมันที่ 42 56 และ72 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ แต่เขาก็ไม่ได้กล่าวอะไรเกี่ยวกับที่มาของระยะทางเหล่านี้ และไม่มีการสำรวจใดๆ เพื่อระบุตำแหน่งพวกมัน
ในปี พ.ศ. 2454 เวนตาเทช พี. เคตาคาร์ นักดาราศาสตร์ชาวอินเดียได้เสนอถึงการมีอยู่ของดาวเคราะห์พ้นดาวเนปจูนสองดวง เขาให้ชื่อว่าพรหมและวิษณุ เขาได้ศึกษาเกี่ยวกับงานที่ปีแยร์-ซีมง ลาปลัสได้สำรวจไว้เกี่ยวกับดาวพฤหัสบดีและดาวเคราะห์ดวงอื่นๆไกลออกไปดวงจันทร์ของกาลิเลโอสามดวง ได้แก่ ไอโอ ยูโรปา และแกนีมีด โคจรอยู่ในอัตราส่วน 1:2:4 ซึ่งเรียกกันว่าอัตราส่วนลาปลัส เคตาคาร์เสนอว่าดาวยูเรนัส ดาวเนปจูน และดาวเคราะห์พ้นดาวเนปจูนสมมติของเขานั้น โคจรในอัตราส่วนที่คล้ายกับของลาปลัส ผลการคำนวณของเขาได้ทำนายระยะทางเฉลี่ยของพรหมไว้ว่า 38.95 หน่วยดาราศาสตร์ และมีคาบโคจรอยู่ที่ 242.28 ปีโลก (อัตราส่วน 3:4 กับดาวเนปจูน) เมื่อดาวพลูโตถูกค้นพบในอีก 19 ปีต่อมา มันมีระยะทางเฉลี่ยอยู่ที่ 39.48 หน่วยดาราศาสตร์ และคาบโคจร 248 ปีโลก ซึ่งใกล้เคียงกับที่เคตาคาร์ทำนายไว้มาก (แต่ดาวพลูโตโคจรด้วยอัตราส่วน 2:3 กับดาวเนปจูน) เคตาคาร์ไม่ได้ทำนายสมบัติอะไรอย่างอื่นนอกจากระยะทางเฉลี่ยและคาบโคจรเลย และดาวเคราะห์ดวงที่สองก็ไม่ได้ถูกทำนายอะไรเช่นกัน
