Các vật liệu trên bề mặt Mặt trăng chứa heli-3 ở nồng độ từ 1,4 đến 15 ppb ở khu vực có ánh sáng mặt trời,[51][52] và có thể chứa nồng độ lên tới 50 ppb ở các vùng bị che khuất vĩnh viễn.[9] Một số người, bắt đầu với Gerald Kulcinski vào năm 1986,[53] đã đề xuất khám phá mặt trăng, khai thác mặt trăng regolith và sử dụng heli-3 để phản ứng tổng hợp hạt nhân. Do nồng độ heli-3 thấp, bất kỳ thiết bị khai thác nào cũng cần xử lý lượng regolith cực lớn (hơn 150 tấn regolith để thu được một gram heli 3),[54] và một số đề xuất đã đề xuất rằng chiết xuất heli-3 được cõng lên một hoạt động khai thác và phát triển lớn hơn.   [ <span title="This claim needs references to reliable sources. (August 2007)">cần dẫn nguồn</span> ]Mục tiêu chính của tàu thăm dò mặt trăng đầu tiên của Tổ chức Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ có tên Chandrayaan-I, được phóng vào ngày 22 tháng 10 năm 2008, đã được báo cáo trong một số nguồn để lập bản đồ bề mặt Mặt trăng cho các khoáng chất chứa heli-3.[55] Tuy nhiên, không có mục tiêu nào được đề cập trong danh sách mục tiêu chính thức của dự án, mặc dù nhiều trọng tải khoa học của nó đã ghi nhận các ứng dụng liên quan đến heli-3.[56][57]

Nhà vũ trụ học và nhà hóa học Ouyang Ziyuan từ Học viện Khoa học Trung Quốc hiện đang phụ trách Chương trình Thám hiểm Mặt trăng của Trung Quốc đã tuyên bố nhiều lần rằng một trong những mục tiêu chính của chương trình sẽ là khai thác heli-3, từ đó hoạt động "mỗi năm, với ba sứ mệnh tàu con thoi có thể mang lại đủ nhiên liệu cho tất cả loài người trên toàn thế giới. " [58] Vào tháng 1 năm 2006, công ty vũ trụ RKK Energiya của Nga tuyên bố rằng họ coi heli-3 trên mặt trăng là một nguồn tài nguyên kinh tế tiềm năng sẽ được khai thác vào năm 2020,[59] nếu có thể tìm được nguồn tài trợ.[60][61]

Những hành tinh khí khổng lồ có heli-3 cũng đã được đề xuất.[62] Chẳng hạn, dự án thiết kế đầu dò liên sao của Hiệp hội liên hành tinh Anh Daedalus được cung cấp nhiên liệu bởi các mỏ heli-3 trong bầu khí quyển của Sao Mộc, chẳng hạn. Tuy nhiên, lực hấp dẫn cao của sao Mộc làm cho hoạt động này ít thuận lợi hơn về mặt năng lượng so với việc chiết xuất heli-3 từ những hành tinh khí khổng lồ khí khác của hệ mặt trời.

Không phải tất cả các tác giả đều cảm thấy việc chiết xuất heli-3 ngoài trái đất là khả thi. Dwayne Day, viết trong Đánh giá không gian, xác định một số trở ngại chính đối với việc chiết xuất heli-3 từ các nguồn ngoài trái đất để sử dụng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân, và đặt câu hỏi về tính khả thi của việc khai thác ngoài trái đất khi so sánh với sản xuất trên Trái đất.[63]