碳元素是組成生命的基本成分，有機分子都離不開它。對星際介質的觀察表明，太空中存在著有機分子，例如簡單氨基酸的前身。在彗星和隕石中也發現了包括氨基酸在內的有機分子。這些分子很可能早已存在於形成太陽系的氣體和塵埃中了。

雖然地球上的大多數生命對環境條件都很敏感，但在極端環境中也生活著一些生物體，即極端微生物。這表明生命可以存在於最意想不到的地方。這些生物體對極端溫度、壓力、酸鹼度和輻射具有很強的抵抗力。有些生活在沙漠、極地、深海、地殼內部甚至火山中。已知的最有適應能力的生物之一可以在真空條件下生存。當談到其他具有相當惡劣的環境的行星或衛星上是否存在生命的可能性時，這些事實是使得人們保持謹慎樂觀的理由。

正如我們所知，液態水是生命發展的關鍵因素。因此，在其他行星及其衛星上尋找液態水一直是尋找外星生命的重要環節。近年來，在火星表面發現了可能屬於液態水的痕跡，使得長期以來關於火星上是否存在過水的爭論更加激烈。儘管目前火星上存在液態水的證據存在激烈的爭議，但這些痕跡表明火星上可能曾經存在過簡單的生命形式。如果目前火星地表深處存在液態水，那麼就有可能存在生命。

在圍繞著太陽系行星運行的眾多衛星中，有些與類地行星具有相同的特徵，例如濃密的大氣和火山活動。木衛二是木星最大的衛星之一，它的冰凍表面下可能是液態海洋。科學家們認為，這片海洋可能為簡單的生命形式提供了合適的生存條件。另一個可能存在簡單生命的衛星是土星的最大衛星土衛六。土衛六富含複雜的有機化合物，有濃密的大氣層，表面有液態甲烷，還可能擁有地下海洋。

人類已經發現了數千顆圍繞著除太陽外的恆星運行的行星，稱為系外行星。已發現的系外行星數量在越來越快地增加著，並且我們現在已經能夠描述太陽附近的系外行星的特徵。

系外行星的物理和軌道特性差異很大。質量從水星質量到數倍木星質量不等，半徑範圍為數百公里到數倍於木星的半徑。系外行星的軌道周期可以短至幾個小時，其軌道偏心率可以與太陽系彗星軌道的偏心率一樣高。大多數係外行星都是由圍繞同一顆恆星運動的數顆行星組成的行星系的成員。

通過提高探測方法的精度，我們現在能夠找到質量和半徑與地球相當的行星。雖然我們的探索有限，但目前已發現太陽附近有很多系外行星。其中一些行星正好處在圍繞主星的被稱之為宜居帶的區域內。根據定義，那些在宜居帶內繞轉的行星從其恆星接收的輻射適量，以允許其表面存在液態水。

一種尋找外星文明的方法是尋找任何已知天文現像都無法自然產生的信號。對此類信號的系統性搜索被稱為地外文明探索（SETI）。到目前為止，還沒有發現這樣的信號，但SETI依舊在持續掃描天空，以尋找來自地球以外的高級生命的任何線索。