Mục tiêu của phi vụ là hiểu sự hình thành của hệ Sao Diêm Vương, vành đai Kuiper và sự chuyển hóa của Hệ Mặt Trời sơ khai.[17] Con tàu thu thập dữ liệu về khí quyển, bề mặt, cấu trúc bên trong và môi trường của Sao Diêm Vương và các mặt trăng của nó. Nó cũng nghiên cứu các vật thể khác trong vành đai Kuiper.[18]

Một vài câu hỏi phi vụ sẽ thử trả lời là: Bầu khí quyển Sao Diêm Vương được làm từ gì và nó vận hành như thế nào? Bề mặt trông như thế nào? Có những cấu trúc địa chất lớn nào không? Các hạt gió Mặt Trời tương tác với khí quyển Sao Diêm Vương như thế nào? [19]

Cụ thể, các mục tiêu khoa học của phi vụ là:[20]

• Lập bản đồ thành phần bề mặt của Sao Diêm Vương và Charon
• Định rõ đặc điểm địa chất và hình thái của Sao Diêm Vương và Charon
• Định rõ đặc điểm khí quyển trung tính của Sao Diêm Vương và tốc độ thất thoát của nó
• Tìm kiếm một bầu khí quyển bao quanh Charon
• Lập bản đồ nhiệt độ bề mặt của Sao Diêm Vương và Charon
• Tìm kiếm các vành đai và mặt trăng mới quanh Sao Diêm Vương
• Tiến hành những nghiên cứu tương tự cho một hoặc nhiều vật thể vành đai Kuiper