Bien au-delà de la ceinture de Kuiper, à la limite extérieure du système solaire, se trouve le nuage d'Oort. Il s'agit d'une enveloppe sphérique de corps glacés qui s'étend d'environ 2 000 à 100 000 unités astronomiques du Soleil. Il n'a jamais été observé directement. Son existence est déduite des orbites des comètes à longue période, qui proviennent de toutes les directions plutôt que de se concentrer près de l'écliptique.

L'astronome néerlandais Jan Oort a proposé l'existence de ce nuage en 1950 pour expliquer l'apparition aléatoire des comètes à longue période. Ce nuage contiendrait des milliards, voire des billions, d'objets glacés, vestiges de la formation du système solaire. Formés plus près du Soleil, ils auraient été éjectés vers l'extérieur par les interactions gravitationnelles des planètes géantes.

Le nuage d'Oort est instable. Le passage d'étoiles et la gravité de la Voie lactée dévient les objets de leur orbite, envoyant certains vers le Soleil. Ce sont ces derniers qui deviennent les comètes à longue période que nous observons. D'autres sont éjectés du système solaire et deviennent des objets errants dérivant dans l'espace interstellaire.

Aucun engin spatial n'a visité le nuage d'Oort. Compte tenu de son éloignement, même une sonde rapide mettrait des siècles à l'atteindre. Il demeure l'une des dernières frontières inexplorées du système solaire.