Cái chết bất ngờ của Lowell vào năm 1916 tạm thời làm gián đoạn việc tìm kiếm hành tinh X. Thất bại trong việc tìm kiếm hành tinh này dường như đã giết chết anh ấy (theo một người bạn). Góa phụ của Lowell, Constance, tham gia vào một cuộc chiến pháp lý với đài quan sát về di sản của Lowell đã ngăn chặn việc tìm kiếm Planet X trong nhiều năm. Năm 1925, đài quan sát thu được đĩa thủy tinh cho kính thiên văn rộng 13 inch (33 cm) mới để tiếp tục tìm kiếm, với nguồn vốn từ Abbott Lawrence Lowell, anh trai của Percival. Năm 1929, giám đốc đài quan sát, Vesto Melvin Slipher, đã giao công việc định vị hành tinh cho Clyde Tombaugh, 22 tuổi đến từ nông trại vùng Kansas vừa mới đến Đài thiên văn Lowell sau khi Slipher ấn tượng với một mẫu bản vẽ thiên văn.

Nhiệm vụ của Tombaugh là chụp lại một cách có hệ thống các phần của bầu trời đêm theo cặp hình ảnh. Mỗi hình ảnh trong một cặp được lấy cách nhau hai tuần. Sau đó, ông đặt cả hai hình ảnh của từng phần trong một máy, mà bằng cách trao đổi hình ảnh nhanh chóng tạo ra ảo giác về chuyển động (nguyên lí hoạt động là nhờ sự chuyển động của hình ảnh) của bất kỳ hành tinh nào. Để giảm thiểu cơ hội cho một hành tinh di chuyển nhanh hơn (và do đó gần hơn) bị nhầm lẫn với hành tinh mới, Tombaugh đã chụp ảnh từng khu vực gần điểm đối lập của nó, 180 độ từ Mặt trời, nơi chuyển động ngược lại rõ ràng cho các vật thể ngoài quỹ đạo của Trái Đất. mạnh nhất. Ông cũng lấy một hình ảnh thứ ba như một công cụ để loại bỏ bất kỳ kết quả sai gây ra bởi các khuyết điểm trong một riêng lẻ. Tombaugh quyết định chụp ảnh toàn bộ cung hoàng đạo, thay vì tập trung vào những vùng được Lowell đề xuất.

Đến đầu năm 1930, công việc tìm kiếm của Tombaugh đã đạt tới chòm sao của Gemini. Vào ngày 18 tháng 2 năm 1930, sau khi tìm kiếm gần một năm và kiểm tra gần 2 triệu ngôi sao, Tombaugh đã phát hiện ra một vật thể di chuyển trên các tấm ảnh chụp vào ngày 23 tháng 1 và 29 tháng 1 năm đó. Một bức ảnh vào ngày 21 tháng 1 đã xác nhận sự chuyển động ấy. Sau khi xác nhận, Tombaugh bước vào văn phòng của Slipher và tuyên bố, "Bác sĩ Slipher, tôi đã tìm thấy hành tinh X." Vật thể nằm chỉ lệch sáu độ từ một trong hai địa điểm cho hành tinh X Lowell đã gợi ý; do đó dường như cuối cùng anh ta đã có được điều cần chứng minh. Sau khi đài quan sát thu được nhiều bức ảnh xác nhận hơn, tin tức về phát hiện này đã được điện báo đến Đài thiên văn Đại học Harvard vào ngày 13 tháng 3 năm 1930. Vật thể mới này sau đó được đưa ra trước trên các bức ảnh có niên đại từ ngày 19 tháng 3 năm 1915. Quyết định đặt tên cho đối tượng à là Pluto được dự định, một phần để tôn vinh Percival Lowell, dùng tên viết tắt của ông đã tạo nên hai chữ cái đầu tiên của từ (PL). Sau khi khám phá ra Sao Diêm Vương, Tombaugh tiếp tục lục tìm các vật thể khác ở xa. Ông đã tìm thấy hàng trăm ngôi sao và tiểu hành tinh biến đổi, cũng như hai sao chổi, nhưng không có các hành tinh nữa.