冥王星直径只有2320千米，比月球、木卫三、土卫六都小。冥王星也很暗，它的视星等是15·12等。
冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其他行星大。冥王星在近日点附近时，比海王星离太阳还近，这时海王星成了离太阳最远的行星。冥王星绕太阳的公转周期约为248年，从发现至今只走了1／5圈。冥王星、海王星和天王星的公转周期存在近通约性，在大约500年中，冥王星公转2圈，海王星公转3圈，天王星公转6圈。每隔一定时间它们就会彼此接近。虽然在黄道投影图上冥王星轨道与海王星轨道交叉，但由于这两个轨道平面并不相合，所以即使在交叉点附近它们之间的距离还是很大的。冥王星的自转周期是6·3872天，自转方向与公转方向相反，由东向西，它也是太阳系家族的一个“逆子”。根据冥王星卫星的资料估算出冥王星自转轴与公转轴交角大于60°，因而是侧向自转，与天王星相似。冥王星发现后不久，就发觉它的亮度有些变化，但限于当时的技术水平，不能进行准确的测量。到了20世纪50年代，用光电方法测出它的亮度有6天多的周期性变化。1971～1973年又做了准确的测量，得出亮度变幅为0·22个等星，变化周期为6天9小时17分。这种亮度变化可用它表面反射太阳光不均匀和自转解释。
根据过去冥王星对天王星和海王星轨道的摄动来推算冥王星的质量，结果很不准确。1971年以前所定的质量值是0·8地球质量，1971年重定为0·11地球质量，直到1978年发现冥王星卫星后，才准确定出冥王星的质量值为0·0024地球质量（1·43×1025），这不仅比水星质量小，甚至比月球质量还小，但仍比小行星的质量大。冥王星的视角径太小，根据亮度和距离估计出直径下限为2000千米。目前公认值是2400～2900千米，常采用2700千米。根据冥王星的质量和直径可以算出平均密度，用1978年的质量值算出的密度约为1·5克／厘米3，这与天王星、海王星的密度相近，它们应当有相似的化学组成和性质。冥王星离太阳太远，接受的太阳辐射少，估计其日照表面的温度为50开左右，背面为20开左右。在如此低温下，绝大部分物质已凝结为固态或液态，只有氢、氦、氖还可能是气态。1988年6月9日的一次冥王星掩星观测，发现冥王星存在大气层，它分为两层，外层透明，内层不透明。冥王星大气层的发现曾在国际上引起震动，被视为20世纪80年代太阳系重大发现之一。冥王星光谱的特征与太阳相同，略红，并有甲烷的特征谱线，表明冥王星表面可能有一层甲烷冰。
1978年，美国天文学家克里斯蒂在研究冥王星的照片时发现了冥王星的卫星。1994年，由哈勃空间望远镜的观测结果证实，冥王星确有卫星。冥卫的质量约为冥王星的1／10，直径则为冥王星的1／2以上，距冥王星仅1·9万千米。据此，有人将这两个天体视为“双行星”。冥卫是迄今所知太阳系内大行星唯一的天然同步卫星，它绕冥王星旋转的周期与冥王星的自转周期相同，更有趣的是，冥卫星的自转周期也与之相同。这种“三重同步”现象在太阳系中是独一无二的。