Většina asteroidů je tak malá a nachází se tak daleko, že je vidíme pouze jako nepatrné světelné tečky. Objevujeme je díky jejich pohybu před ‘pevnými hvězdami’ na noční obloze. Více se o nich dozvídáme pomocí velkých dalekohledů, jimiž studujeme světlo, které odrážejí.
Ani Hubbleův vesmírný dalekohled však o nich nedokáže mnoho prozradit. Jedním z nejzajímavějších asteroidů je Vesta, která je bohatá na kovy. Snímky z Hubbleova dalekohledu ukazují poměrně kulatý svět s velkým impaktním kráterem.
Některé asteroidy, které se pohybují těsně nad Zemí, byly zkoumány pomocí radaru. Radarové odrazy jsou zachycovány velkými radioteleskopy a slouží k určení jejich tvaru a velikosti.
Několik asteroidů bylo podrobněji prozkoumáno kosmickými sondami, které k nim doletěly. Snímky zachycují objekty s mnoha krátery, což svědčí o tom, že byly po miliardy let vystaveny nárazům. V roce 2000 se sonda NEAR Shoemaker stala první kosmickou sondou, která se dostala na oběžnou dráhu kolem asteroidu. Sonda ukončila svou misi historickým přistáním na Erosu, jednom z největších asteroidů v blízkosti Země.
Sonda Rosetta agentury ESA také na své cestě ke kometě proletěla kolem dvou asteroidů hlavního pásu – Steins a Lutetia. Lutetia, jejíž průměr činí přibližně 130 km, byla dosud největším asteroidem, který sonda navštívila. ESA rovněž zkoumá způsoby, jak odklonit asteroid směřující k Zemi z jeho dráhy.
