Vùng bên ngoài của hệ Mặt Trời gồm các hành tinh khí khổng lồ và các vệ tinh tự nhiên của chúng. Nhiều sao chổi chu kỳ ngắn, bao gồm các tiểu hành tinh centaur, cũng nằm trong vùng này. Do khoảng cách đến Mặt Trời lớn, các thiên thể lớn trong vùng bên ngoài hệ Mặt Trời chứa tỉ lệ cao các chất dễ bay hơi như nước, amoniac và mêtan so với các vật liệu đá của thành phần các hành tinh bên trong hệ Mặt Trời, và khi nhiệt độ càng thấp cho phép các hợp chất dễ bay hơi tồn tại được dưới dạng rắn.

Hành tinh bên ngoài

4 hành tinh khí khổng lồ trong Hệ Mặt Trời so với Mặt Trời theo tỉ lệ

4 hành tinh bên ngoài, hay 4 hành tinh khí khổng lồ (hoặc các hành tinh kiểu Mộc Tinh), chiếm tới 99% tổng khối lượng của các thiên thể quay quanh Mặt Trời.[c] Sao Mộc và Sao Thổ là 2 hành tinh lớn nhất và chứa đại đa số hiđrô và heli; Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có khối lượng nhỏ hơn (<20 lần khối lượng Trái Đất) và trong thành phần của chúng chứa nhiều băng hơn. Vì lý do này, một số nhà thiên văn học cho rằng chúng thuộc về một lớp "hành tinh băng đá khổng lồ".[62] 4 hành tinh khí khổng lồ đều có hệ vành đai, mặc dù chỉ có vành đai của Sao Thổ là có thể quan sát được từ Trái Đất qua các kính thiên văn nghiệp dư. Thuật ngữ hành tinh bên ngoài không nên nhầm lẫn với thuật ngữ hành tinh trên, ám chỉ các hành tinh nằm bên ngoài quỹ đạo của Trái Đất trong đó bao gồm Sao Hỏa và các hành tinh bên ngoài.

Sao Mộc

Sao Mộc (khoảng cách đến Mặt Trời 5,2 AU), với khối lượng bằng 318 lần khối lượng Trái Đất và bằng 2,5 lần tổng khối lượng của 7 hành tinh còn lại trong Thái Dương Hệ. Mộc Tinh có thành phần chủ yếu hiđrô và heli. Nhiệt lượng khổng lồ từ bên trong Sao Mộc tạo ra một số đặc trưng bán vĩnh cửu trong bầu khí quyển của nó, như các dải mây và Vết đỏ lớn.Sao Mộc có 63 vệ tinh đã biết. 4 vệ tinh lớn nhất, Ganymede, Callisto, Io, và Europa (các vệ tinh Galileo) có các đặc trưng tương tự như các hành tinh đá, như núi lửa và nhiệt lượng từ bên trong.[63] Ganymede, vệ tinh tự nhiên lớn nhất trong hệ Mặt Trời, có kích thước lớn hơn Sao Thủy.

Sao Thổ

Sao Thổ (khoảng cách đến Mặt Trời 9,5 AU), có đặc trưng khác biệt rõ rệt đó là hệ vành đai kích thước rất lớn, và những đặc điểm giống với Sao Mộc, như về thành phần bầu khí quyển và từ quyển. Mặc dù thể tích của Sao Thổ bằng 60% thể tích của Sao Mộc, nhưng khối lượng của nó chỉ bằng 1/3 so với Sao Mộc, hay 95 lần khối lượng Trái Đất, khiến nó trở thành hành tinh có mật độ nhỏ nhất trong hệ Mặt Trời (nhỏ hơn cả mật độ của nước lỏng). Vành đai Sao Thổ chứa bụi cũng như các hạt băng và đá nhỏ.Sao Thổ có 62 vệ tinh tự nhiên được xác nhận; 2 trong số đó, Titan và Enceladus, cho thấy có các dấu hiệu của hoạt động địa chất, mặc dù đó là các núi lửa băng.[64] Titan, vệ tinh tự nhiên lớn thứ 2 trong Thái Dương Hệ, cũng lớn hơn Sao Thủy và là vệ tinh duy nhất trong hệ Mặt Trời có tồn tại 1 bầu khí quyển đáng kể.

Sao Thiên Vương

Sao Thiên Vương (khoảng cách đến Mặt Trời 19,6 AU), khối lượng bằng 14 lần khối lượng Trái Đất, là hành tinh bên ngoài nhẹ nhất. Trục tự quay của nó có đặc trưng lạ thường duy nhất so với các hành tinh khác, độ nghiêng trục quay >900 so với mặt phẳng hoàng đạo. Thiên Vương Tinh có lõi lạnh hơn nhiều so với các hành tinh khí khổng lồ khác và nhiệt lượng bức xạ vào không gian cũng nhỏ.[65]Sao Thiên Vương có 27 vệ tinh tự nhiên đã biết, lớn nhất theo thứ tự từ lớn đến nhỏ là Titania, Oberon, Umbriel, Ariel và Miranda.

Sao Hải Vương

Sao Hải Vương (khoảng cách đến Mặt Trời 30 AU), mặc dù kích cỡ hơi nhỏ hơn Sao Thiên Vương nhưng khối lượng của nó lại lớn hơn (bằng 17 lần khối lượng của Trái Đất) và do vậy khối lượng riêng lớn hơn. Nó cũng bức xạ nhiều nhiệt lượng hơn nhưng không lớn bằng của Sao Mộc hay Sao Thổ.[66]Hải Vương Tinh có 13 vệ tinh tự nhiên đã biết. Triton là vệ tinh lớn nhất vầ còn sự hoạt động địa chất với các mạch phun nitơ lỏng.[67] Triton cũng là vệ tinh tự nhiên duy nhất có qũy đạo nghịch hành. Trên cùng quỹ đạo của Sao Hải Vương cũng có 1 số hành tinh vi hình (en:minor planet), gọi là các thiên thể Troia của Sao Hải Vương, chúng cộng hưởng quỹ đạo 1:1 với Hải Vương Tinh.

Sao chổi

Sao chổi Hale-Bopp.

Sao chổi là các vật thể nhỏ trong Thái Dương Hệ,[e] đường kính điển hình chỉ vài kilômét, thành phần chủ yếu là những hợp chất băng dễ bay hơi. Chúng có độ lệch tâm quỹ đạo khá lớn, đa phần có điểm cận nhật nằm bên trong quỹ đạo của các hành tinh bên trong và điểm viễn nhật nằm bên ngoài Pluto. Khi 1 sao chổi đi vào vùng hệ Mặt Trời bên trong, do đến gần Mặt Trời hơn làm cho bề mặt băng của nó chuyển tới trạng thái thăng hoa và ion hóa, tạo ra một dải bụi và khí dài thoát ra từ nhân sao chổi, hay là đuôi sao chổi, và có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Sao chổi chu kỳ ngắn có chu kỳ nhỏ hơn 200 năm. Sao chổi chu kỳ dài có chu kỳ hàng nghìn năm. Sao chổi chu kỳ ngắn được tin là có nguồn gốc từ vành đai Kuiper trong khi các sao chổi chu kỳ dài như Hale-Bopp, nó được cho là có nguồn gốc từ đám mây Oort. Nhiều nhóm sao chổi, như nhóm sao chổi Kreutz, hình thành từ sự tách vỡ của sao chổi lớn hơn.[68] Một số sao chổi có quỹ đạo hyperbol có nguồn gốc từ ngoài Hệ Mặt Trời và vấn đề xác định chu kỳ quỹ đạo chính xác của chúng là việc khó khăn.[69] Một số sao chổi trước đây có các chất dễ bay hơi ở bề mặt bị thổi ra ngoài bởi gió Mặt Trời ấm được xếp loại vào tiểu hành tinh.[70]

Centaur

Centaur là những vật thể băng đá có tính chất giống cả sao chổi và tiểu hành tinh, với bán trục lớn lớn hơn bán kính quỹ đạo của Sao Mộc (5,5 AU) và nhỏ hơn bán kính quỹ đạo Sao Thiên Vương (30 AU). Centaur lớn nhất được biết đến, 10199 Chariklo, có đường kính khoảng 250 km.[71] Centaur đầu tiên được phát hiện, 2060 Chiron, cũng đã được xếp loại thành sao chổi (95P) do nó phát ra những dải bụi (đuôi bụi) khi nó đến gần Mặt Trời.[72]