Les molècules orgàniques contenen carboni, un element bàsic de la vida tal com la coneixem. Les observacions del medi interestel·lar mostren que les molècules orgàniques, com ara els precursors dels aminoàcids simples, estan presents en l'espai. També s'han trobat molècules orgàniques, inclòs un aminoàcid, en cometes i meteorits. És molt probable que aquestes molècules ja estiguessin presents en el gas i en la pols a partir dels quals es va formar el Sistema Solar.
Tot i que la majoria de la vida a la Terra és sensible a les condicions ambientals, s'ha trobat que alguns organismes, els extremòfils, sobreviuen en condicions extremes, cosa que demostra que la vida pot existir on menys se l'espera. Aquests organismes poden resistir una àmplia gamma de temperatures, pressions, pH i exposició a la radiació. Alguns d'ells viuen en llocs com ara els deserts, els pols, les fosses oceàniques, dins de l'escorça o, fins i tot, els volcans. Un dels organismes més resistents coneguts pot sobreviure en condicions de buit. Aquests fets són motius de prudent optimisme quant a la possibilitat de vida en altres planetes o satèl·lits, ja que, sovint, presenten condicions ambientals relativament adverses.
L'aigua líquida és un factor clau per al desenvolupament de la vida tal com la coneixem. Per aquest motiu, la recerca d'aigua líquida en altres planetes i en els seus satèl·lits ha estat sempre un objectiu important de la recerca de vida extraterrestre. Al llarg dels anys, s'han descobert traces potencials d'aigua líquida en la superfície de Mart, cosa que aviva el llarg debat sobre la seva existència en aquest planeta. Tot i que l'evidència de la presència actual d'aigua líquida a Mart és intensament discutida, les traces potencials suggereixen que hi podrien haver existit formes de vida simples. Si actualment hi ha aigua líquida en les profunditats de la superfície de Mart, potser hi ha vida.
Entre els nombrosos satèl·lits que orbiten els planetes gegants del Sistema Solar, n'hi ha que comparteixen les característiques dels planetes terrestres, com ara les atmosferes denses i l'activitat volcànica. Europa, un dels satèl·lits més grans de Júpiter, té una superfície congelada que podria recobrir un oceà líquid. Els científics creuen que aquest oceà podria proporcionar les condicions adequades perquè existeixin formes de vida senzilles. Un altre candidat per acollir vida senzilla és Tità, el satèl·lit més gran de Saturn. Tità és ric en compostos orgànics complexos, té una atmosfera densa i metà líquid en la superfície; s'ha plantejat la hipòtesi de la presència d'un oceà d'aigua subterrània.
Des del descobriment del primer planeta en òrbita al voltant d'una altra estrella, s'han detectat milers de planetes, anomenats exoplanetes, que orbiten estrelles diferents del Sol. El nombre d'exoplanetes descoberts continua augmentant a un ritme accelerat; actualment, som capaços de caracteritzar la població d'exoplanetes que hi ha en el veïnat solar.
Els exoplanetes presenten una àmplia gamma de propietats físiques i orbitals. Amb masses que van des de la de Mercuri fins a diverses vegades la de Júpiter, els exoplanetes poden tenir un radi d'entre centenars de quilòmetres fins a diverses vegades el radi de Júpiter. Els períodes orbitals dels exoplanetes poden ser tan curts com unes hores, i les seves excentricitats poden ser tan elevades com les d'un cometa del Sistema Solar. La major part d'exoplanetes solen trobar-se en sistemes formats per diversos planetes que orbiten la mateixa estrella.
En augmentar la precisió dels mètodes de detecció, actualment ens trobem en condicions de descobrir planetes de massa i de radi similars als de la Terra. La recerca actual, per limitada que sigui, ha demostrat que l'entorn del Sistema Solar està farcit de planetes. Alguns d'aquests planetes, fins i tot, orbiten dins de l'anomenada zona habitable al voltant de l'estrella mare. Segons la definició, un planeta que orbita dins de la zona habitable rep la quantitat justa de radiació de l'estrella per permetre l'existència d'aigua líquida en la seva superfície.
Una manera de buscar civilitzacions extraterrestres consisteix a buscar senyals que cap fenomen astronòmic conegut podria produir de manera natural. La recerca sistemàtica d'aquests senyals es coneix com a Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI). Fins ara, no s'ha trobat cap senyal, però SETI continua explorant el firmament a la cerca d'algun indici de vida avançada més enllà de la Terra.
