Den 19. januar 2006 opsendte en Atlas V-551-raket rumsonden New Horizons, der som den første rumsonde havde Pluto som mål. Den 13. juni 2006 passerede New Horizons indenfor en afstand af 102.000 km asteroiden APL (2002JF56), der er omkring 2,5 km i diameter. New Horizons fløj forbi Jupiter den 28. februar 2007 i en afstand af 2,3 millioner kilometer. Passagen var udenfor den yderste af de fire store måner Callistos bane, og Callisto befandt sig på passagetidspunktet på den modsatte side af Jupiter. Der var derfor ikke særlig gode muligheder for at observere Jupiters store måner ved den passage. Den 14. juli 2015 passerede New Horizons sit mål, Pluto og dens måner Charon, Nix (S2005P1) og Hydra (S2005P2), i en afstand af godt 10.000 kilometer fra Pluto. Efter passagen af Pluto fortsatte New Horizons ud i Kuiperbæltet, hvor NASA forventer at opretholde kontakten med rumsonden frem til 2020. New Horizons bliver den femte rumsonde, der forlader vores solsystem. Efter passagen af Pluto blev New Horizon sendt videre imod et Kuiperbælteobjekt ved navn 2014MU69, der har en diameter på kun 45 kilometer.
New Horizons vejer omkring 478 kg, hvoraf de 77 er hydrazin-brændstof til kurskorrektioner og aksestabilisering i de perioder, hvor rumsondens orientering i rummet ikke styres ved at sætte den i rotation. Derudover er rumsonden udrustet med en 2,1 m antenne til kommunikation med Jorden, seks sammensatte måleinstrumenter og en strømforsyning: en RTG baseret på 11 kg Plutonium-238.
New Horizons’ instrumenter:
Et farvekamera kombineret med et infrarødt spektrometer bestående af et 8 cm spejlteleskop udrustet med sensorer til at tage farvebilleder i det visuelle område og spektralanalyse i det infrarøde område.
Et højopløsningskamera baseret på et 20,8 cm spejlteleskop ved navn LORRI. Det kan skelne detaljer ned til 50 m på en afstand af 10.000 km. Det blev brugt til at tage billeder af Pluto ved selve passagen.
Et ultraviolet spektrometer, der blev brugt til at bestemme sammensætningen af Plutos atmosfære. Det kaldes også Alice.
En solvindsmåler der målte – ikke bare solvinden – men også den mængde gas, der sandsynligvis undslipper til rummet fra Plutos atmosfære. Missionen var netop planlagt til at nå frem til Pluto inden dens atmosfære forventes at fryse fast på overfladen som følge af, at Pluto i sin bane nu fjerner sig fra Solen. Samme opgave havde et andet instrument kaldet PEPSSI, der er et spektrometer for hurtige partikler, primært lette molekyler såsom kvælstof, metan med mere.
En støvdetektor, der skal bruges til at bestemme forekomsten af støv, ikke kun ved Pluto, men også i Kuiperbæltet.
Endelig var det tanken at bruge radiokommunikationen mellem sonden og Jorden til at bestemme atmosfæren på Pluto og Charon ved at iagttage svækkelsen af radiobølgerne, når Pluto og Charon kommer mellem rumsonden og Jorden.
Mens New Horizon var på vej til Pluto blev Pluto nedgraderet fra at være den niende planet i Solsystemet til at være en dværgplanet. en ny kandidat til at være den niende planet er måske på vej til at blive fundet i Kuiperbæltet.
Selve passagen af Pluto bød på meget store overraskelser. Med en temperatur på i omegnen af 35 grader kelvin eller minus 240 grader Celsius var det forventningen at finde et inaktiv og totalt dybfrossen verden. Vandis er for eksempel en hård klippeart på Pluto. Men Pluto viste sig at være en geologisk meget aktiv og dynamisk verden både med foranderlige overfladestrukturer og atmosfære.