Au-delà de Neptune, le système solaire ne s'arrête pas. Il se prolonge dans la ceinture de Kuiper, un vaste anneau de corps glacés qui s'étend d'environ 30 à 50 unités astronomiques du Soleil. Elle est semblable à la ceinture d'astéroïdes, mais beaucoup plus grande et beaucoup plus froide. Ses objets sont composés de roche, de glace d'eau, de méthane et d'ammoniac.

La ceinture de Kuiper abrite Pluton, Hauméa et Makémaké, trois des cinq planètes naines reconnues. Elle renferme également des centaines de milliers de petits corps glacés. Certains possèdent des lunes, d'autres des anneaux, et certains sont des systèmes binaires. Cette diversité est surprenante pour une région aussi froide et lointaine.

La ceinture de Noé est un vestige de la formation du système solaire. Ses objets ne se sont jamais agrégés en planètes car la région est trop clairsemée et les orbites trop stables. Ils conservent la composition chimique de la nébuleuse solaire primitive. Leur étude nous renseigne sur la nature des constituants initiaux des planètes.

La ceinture de Kuiper est également à l'origine des comètes à courte période. Les interactions gravitationnelles avec Neptune projettent parfois un corps glacé vers l'intérieur, où il se transforme en comète. La comète de Halley est un objet de la ceinture de Kuiper, tout comme de nombreuses comètes qui visitent le système solaire interne.