Hầu hết các phương pháp tìm kiếm các ngoại hành tinh dựa vào quỹ đạo của các hành tinh qua ngôi sao chủ, nhưng vì hành tinh lang thang không có sao chủ nên không thể dùng các phương pháp như vậy để tìm các hành tinh này. Hai phương pháp được sử dụng là tìm kiếm lực hấp dẫn và hình ảnh trực tiếp.[cần dẫn nguồn] Hình ảnh trực tiếp cho phép các nhà thiên văn học quan sát nó lâu dài. Tuy nhiên chỉ có các vật thể lớn và trẻ mới có thể được quan sát bằng cách này vì những vật thể nhỏ hơn hoặc già hơn không có đủ bức xạ để cho các kính viễn vọng trên Trái Đất nhìn thấy. Mặt khác, do không có ánh sáng của sao chủ nên các hành tinh lang thang rất khó tìm thấy.[cần dẫn nguồn] Khi một vật thể đi qua một ngôi sao, lực hấp dẫn của vật thể tạm thời làm thay đổi bất thường lực hấp dẫn của ngôi sao đó. Nó được phát hiện bởi các phép đo lực hấp dẫn. Nó không thể được quan sát liên tục vì vật thể này đang đi qua ngôi sao, nhưng nó giúp phát hiện nhanh các hành tinh lang thang hơn là các hình ảnh trực tiếp.

Nhà thiên văn học Takahiro Sumi của Đại học Osaka, Nhật Bản và các đồng nghiệp tại nhóm quan sát Khuếch đại siêu nhỏ thuộc Viện Vật lý học thiên thể (MOA) và các nghiên cứu về chiếu xạ quang học (OGLS), đã xuất bản nghiên cứu của họ vào năm 2011. Họ sử dụng kính thiên văn MOA-II dài 1,8 mét tại Đài Quan sát Núi John, New Zealand và kính thiên văn dài 1,3 mét của Đại học Warsaw tại Đài Quan sát Las Campanas, Chile để quan sát hơn 50 triệu ngôi sao trong dải Ngân Hà. Họ đã phát hiện 474 vật thể bằng khuếch đại siêu nhỏ, trong đó có 10 hành tinh có kích thước tương đương với Sao Mộc mà không quay quanh sao chủ. Các nhà nghiên cứu ước tính từ quan sát của họ là trung bình có hai hành tinh lang thang trên số ngôi sao trong Ngân Hà.[9][10][11] Các ước tính khác cho ra con số lớn hơn, số hành tinh lang thang nhiều hơn 100.000 lần số ngôi sao trong Ngân Hà.[12] Vào tháng 11 năm 2012, các nhà khoa học đã phát hiện một hành tinh lang thang cách Trái Đất khoảng 100 năm ánh sáng.[13]