Một nhóm các nhà thiên văn học dẫn đầu bởi Stéphane Udry[6] thuộc Đài Quan Sát Geneva[7] sử dụng thiết bị HARPS[8] trên Đài quan sát Nam Âu[9] với kính viễn vọng đường kính 3.6 mét ở La Silla, Chile để khám phá hành tinh vào năm 2007. Thành viên nhóm Udry dùng kỹ thuật xuyên tâm [10], trong đó khối lượng của một hành tinh được xác định dựa trên những nhiễu loạn nhỏ nó gây ra trong các ngôi sao mẹ của ngôi sao của nó lên quỹ đạo thông qua lực hấp dẫn.[11]

Các chuyển động của ngôi sao mẹ chỉ ra một khối lượng tối thiểu của Gliese 581 d bằng 7,09 lần khối lượng Trái Đất. Mô phỏng động lực của hệ thống sao Gliese 581 giả định rằng các quỹ đạo của ba hành tinh là đồng phẳng[12] cho thấy hệ thống trở nên không ổn định nếu khối lượng của các hành tinh lớn hơn 1,6-2 lần so với giá trị tối thiểu. Điều này cho thấy một giới hạn khối lượng trên cho Gliese 581 d là 13,8 lần khối lượng Trái Đất.[2]