Khi một hành tinh đi ngang qua phía trước ngôi sao của nó, nó sẽ chặn một phần rất nhỏ ánh sáng của ngôi sao. Sự giảm độ sáng đó chính là phương pháp quan sát quá cảnh để phát hiện các hành tinh ngoài hệ mặt trời. Đây là kỹ thuật hiệu quả nhất trong khoa học nghiên cứu hành tinh ngoài hệ mặt trời, đã mang lại hàng nghìn khám phá. Riêng sứ mệnh Kepler đã tìm thấy hơn 2.600 hành tinh bằng phương pháp này.

Sự kiện này rất nhỏ. Một hành tinh có kích thước bằng Sao Mộc đi ngang qua một ngôi sao có kích thước bằng Mặt Trời sẽ làm giảm độ sáng của nó khoảng 1%. Một hành tinh có kích thước bằng Trái Đất sẽ làm giảm độ sáng xuống 0,01%, tương đương với việc phát hiện một con ruồi bay ngang qua đèn pha ô tô. Việc đo lường những sự giảm độ sáng nhỏ như vậy đòi hỏi phép đo quang học cực kỳ chính xác. Kính viễn vọng không gian là lý tưởng vì chúng tránh được các hiệu ứng làm mờ và làm sáng của khí quyển.

Phương pháp quan sát sự che khuất của sao cho tiết lộ nhiều thông tin hơn là chỉ sự tồn tại của hành tinh. Độ sâu của sự che khuất cho ta biết kích thước của hành tinh so với ngôi sao của nó. Thời gian giữa hai lần che khuất cho ta biết chu kỳ quỹ đạo của nó. Nếu ta biết kích thước của ngôi sao, ta sẽ biết kích thước của hành tinh. Nếu ta cũng đo độ lệch vận tốc xuyên tâm của ngôi sao, ta sẽ biết khối lượng của hành tinh. Kích thước và khối lượng cùng nhau cho ta mật độ, từ đó gợi ý xem hành tinh đó là hành tinh đá, khí hay nước.

Hiện tượng quá cảnh cũng cho phép chúng ta nghiên cứu khí quyển. Khi ánh sáng sao đi qua khí quyển của một hành tinh trong quá trình quá cảnh, một số bước sóng bị hấp thụ. Bằng cách so sánh quang phổ trong quá trình quá cảnh với quang phổ bên ngoài, các nhà thiên văn học có thể phát hiện các phân tử như nước, metan và carbon dioxide. Kính viễn vọng không gian James Webb hiện đang thực hiện điều này.