Một cách rõ ràng để giải quyết nghịch lý Fermi là tìm ra bằng chứng mang tính quyết định về sự sống thông minh ngoài Trái Đất. Nhiều nỗ lực tìm kiếm bằng chứng như vậy đã được thực hiện từ năm 1960, và nhiều nỗ lực khác vẫn đang tiếp tục. Bởi con người không có khả năng du lịch liên sao, những cuộc tìm kiếm đó chỉ đang được thực hiện từ những khoảng cách rất xa dựa trên những phân tích cẩn thận những bằng chứng rất tinh vi. Điều này làm hạn chế những khám phá có thể với những nền văn minh đã biến đổi môi trường của mình theo một cách có thể phát hiện, hay tạo ra những hiệu ứng có thể phát hiện từ một khoảng cách, như phát xạ radio. Dường như sẽ không có những nền văn minh phi kỹ thuật sẽ được phát hiện từ Trái Đất trong tương lai gần.

Một khó khăn trong việc tìm kiếm là tránh quan điểm quá đặt con người làm trung tâm. Phỏng đoán về kiểu bằng chứng dường như sẽ được tìm thấy thường tập trung vào những hoạt động mà con người đã từng thực hiện, hay dường như sẽ thực hiện khi có kỹ thuật tiên tiến hơn. Những người thông minh ngoài hành tinh có thể tránh những hoạt động "được dự đoán" này, hay thực hiện những hành vi hoàn toàn mới đối với con người.

Phát xạ radio

Các kính viễn vọng radio thường được các dự án SETI sử dụng

Công nghệ radio và khả năng xây dựng một kính viễn vọng radio được cho là một tiến bộ tự nhiên cho các giống loài có kỹ thuật[14] về mặt lý thuyết tạo ra các hiệu ứng có thể bị phát hiện từ các khoảng cách liên sao.Ví dụ, những nhà quan sát nhạy cảm của hệ mặt trời, sẽ thường lưu ý tới các sóng radio mạnh của một sao G2 vì việc truyền phát vô tuyến và viễn thông của Trái Đất. Vì thiếu một bằng chứng tự nhiên rõ ràng, những nhà quan sát ngoài hành tinh có thể nghĩ tới sự tồn tại của nền văn minh Trái Đất.

Vì thế, việc tìm kiếm cẩn thận các phát xạ radio từ vũ trụ với những tín hiệu phi tự nhiên có thể dẫn tới việc phát hiện các nền văn minh ngoài Trái Đất. Những tín hiệu như vậy có thể hoặc là các sản phẩm "không chủ đích" của một nền văn minh, hoặc những nỗ lực có chủ địch để liên lạc, như thông điệp Arecibo để liên lạc với sự sống thông minh ngoài Trái Đất. Một số nhà thiên văn học và đài quan sát đã nỗ lực và đang nỗ lực phát hiện bằng chứng như vậy, chủ yếu thông qua tổ chức SETI, dù những cách tiếp cận khác như SETI quang học cũng có tồn tại.

Nhiều thập kỷ phân tích của SETI vẫn chưa cho thấy bất kỳ ngôi sao dãy chính nào có ánh sáng bất thường hay phát xạ radio lặp lại có chủ ý, dù đã có một số tín hiệu tiềm năng. Ngày 15 tháng 8 năm 1977 "Wow! signal" được thu bởi kính viễn vọng radio The Big Ear. Tuy nhiên, Big Ear chỉ quan sát mỗi điểm trên bầu trời trong 72 giây, và việc tái giám sát điểm này đã không tìm thấy gì nữa. Năm 2003, nguồn radio SHGb02+14a đã được phân tích của SETI@home cô lập, dù nó đã hầu như không được chú ý đến trong các nghiên cứu tiếp sau. Có nhiều giả định kỹ thuật bên dưới SETI có thể khiến loài người bỏ qua những phát xạ radio với các kỹ thuật tìm kiếm hiện nay, chúng được thảo luận dưới đây.

Quan sát hành tinh trực tiếp

Một hình ảnh ghép của Trái Đất vào buổi đêm, được tạo ra từ dữ liệu của Chương trình Vệ tinh Khí tượng học Quốc phòng (DMSP) Operational Linescan System (OLS). Nền văn minh nhân loại có thể được khám phá từ vũ trụ.

Việc tìm kiếm và xếp hạng các hành tinh ngoài hệ mặt trời đã được tính đến trong những cải tiến gần đây trong việc chế tạo thiết bị và phân tích của thiên văn học. Tuy đây là một lĩnh vực mới của thiên văn học – tài liệu xuất bản đầu tiên tuyên bố đã phát hiện một hành tinh ngoài hệ mặt trời xuất hiện năm 1989 — có lẽ các hành tinh dường như thích hợp cho sự sống phát triển sẽ được tìm thấy trong tương lai gần.

Bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại của sự sống có thể cuối cùng sẽ được quan sát, như việc phát hiện các khí mang dấu hiệu sinh học (như methane và oxy) — hay thập chí cả việc ô nhiễm không khí công nghiệp của một nền văn minh có kỹ thuật tiên tiến – trong một khí quyển của một hành tinh ngoài hệ mặt trời bằng cách phương tiện phân tích quang phổ.[15] Với những cải tiến trong khả năng quan sát của chúng ta, cuối cùng thậm chí có thể tìm kiếm trực tiếp bằng chứng như thứ mà con người tạo ra (xem bên phải).

Tuy nhiên, các hành tinh ngoài hệ mặt trời hiếm khi được quan sát trực tiếp (tuyên bố đầu tiên về việc đã thực hiện được hành vi như vậy diễn ra năm 2004[16]); đúng hơn, sự tồn tại của chúng thường được suy luận từ những hiệu ứng chúng tạo ra trên một hay các ngôi sao mà chúng quay quanh. Điều này có nghĩa là thường chỉ khối lượng và quỹ đạo của một hành tinh ngoài Trái Đất là có thể được suy luận. Thông tin này, cùng với xếp hạng sao của mặt trời của nó, và thành phần dự đoán của nó (thường dựa trên khối lượng của hành tinh, và khoảng cách tới mặt trời của nó), chỉ cho phép ước tính sơ về môi trường hành tinh.

Trước năm 2009, các biện phán tìm kiếm hành tinh ngoài hệ mặt trời dường như không tìm kiếm các thế giới có sự sống kiểu Trái Đất. Các biện pháp như vi thấu kính hấp dẫn có thể phát hiện sự hiện diện của những thế giới "nhỏ", có thể thậm chí còn nhỏ hơn Trái Đất, nhưng chỉ có thể phát hiện những thế giới như vậy trong những khoảng thời gian rất ngắn, và việc tiếp tục là không thể. Các biện pháp khác như tốc độ xuyên tâm, thuật đo sao, và biện pháp đi qua cho phép những quan sát dài hơn về những hiệu ứng hành tinh ngoài Trái Đất, nhưng chỉ thực hiện được với các thế giới lớn hơn nhiều lần khối lượng của Trái Đất, ít nhất khi được thực hiện khi nhìn xuyên qua khí quyển. Những biện pháp này dường như không phải là cách che giấu sự sống kiểu Trái Đất. Tuy nhiên, việc tìm kiếm hành tinh ngoài hệ mặt trời và xếp hạng chúng là một lĩnh vực nhỏ rất sôi động của thiên văn học, với 241 hành tinh như vậy đã được phát hiện trong giai đoạn 1988 và 2007,[17] và hành tinh kiểu Trái Đất đầu tiên đã được phát hiện trong vùng ở được của một ngôi sao được tìm thấy năm 2007.[18] Những cải tiến trong các biện pháp tìm kiếm hành tinh ngoài hệ mặt trời, và việc sử dụng những biện pháp sẵn có từ vũ trụ, (như Phi vụ Kepler, phóng đi năm 2009) được chờ đợi sẽ tìm kiếm và mô tả các hành tinh cỡ Trái Đất, và xác định xem chúng có nằm trong những vùng ở được của các ngôi sao của chúng hay không. Những cải tiến quan sát đó có thể cho phép chúng ta tính toán tốt hơn về mức độ tiềm năng của các thế giới có thể ở được, và vì thế cho phép chúng ta có một ý tưởng chính xác hơn về sự phổ biến của sự sống trong vũ trụ; điều này sẽ có tác động lớn tới những sự quan tâm phía sau chính nghịch lý Fermi.

Những đồ tạo tác của người ngoài Trái Đất

Các tàu thám sát, thuộc địa và các đồ tạo tác khác

Như đã được lưu ý, với kích thước và tuổi đã biết của vũ trụ, và sự phân bố khá nhanh của sự sống có thể diễn ra, bằng chứng về những nỗ lực thực dân hoá của người ngoài hành tinh có thể được phát hiện. Tương tự, bằng chứng về việc thám hiểm không chứa sự sống thông minh ngoài Trái Đất, như các tàu vũ trụ và các thiết bị thu thập thông tin, có thể chờ đợi sự khám phá.

Một số kỹ thuật thám hiểm lý thuyết như tàu thám sát Von Neumann có thể thám hiểm tường tận một thiên hà có kích thước như Ngân hà chỉ trong nửa triệu năm, với một khoản đầu tư khá nhỏ về vật liệu và năng lượng so với các kết quả thu được. Nếu thậm chí một nền văn minh duy nhất trong Ngân hà nỗ lực thực hiện điều này, những tàu thám sát như vậy cho thể đi qua toàn bộ thiên hà. Bằng chứng về những tàu thám sát như thế có thể được tìm thấy trong hệ mặt trời – có lẽ trong vành đai tiểu hành tinh nơi các vật liệu có thể có nhiều và dễ dàng tiếp cận.[19]

Một khả năng cho việc tiếp xúc với tàu thám sát ngoài hành tinh—một tàu như vậy có thể đang tìm cách tìm kiếm con người—là một tàu thám sát Bracewell của người ngoài hành tinh. Một bằng chứng như vậy có thể là một tàu thám sát vũ trụ tự động có mục đích tìm kiếm và liên lạc với những nền văn minh khác (đối lập với các tàu thám sát Von Neumann, thường được miêu tả là chỉ có mục đích khám phá). Chúng được đề xuất như một giải pháp thay thế để thực hiện một cuộc đối thoại chậm tốc độ ánh sáng giữa những người hàng xóm cách rất xa nhau. Tốt hơn là giả định với sự trễ dài mà một cuộc đối thoại radio có thể phải chịu, một tàu thám sát với một đồ tạo tác thông minh sẽ tìm kiếm nền văn minh khác để thực hiện những cuộc giao tiếp gần với nền văn minh được khám phá. Những kết quả của một tàu thám sát như vậy có thể vẫn được truyền tiếp về nền văn minh của nó với tốc độ ánh sáng, nhưng một cuộc đối thoại thu thập thông tin có thể được thực hiện trong thời gian thực.[20]

Từ thập niên 1950 việc thám hiểm trực tiếp đã được tiến hành trên những phần nhỏ của hệ mặt trời và chưa từng có bằng chứng cho thấy nó từng được viếng thăm bởi những kẻ thực dân ngoài Trái Đất, hay tàu vũ trụ. Các cuộc thám hiểm chi tiết các vùng của hệ mặt trời nơi các dồi dào các nguồn tài nguyên—như các tiểu hành tinh, vành đai Kuiper, mây Oort và nhiều hệ thống vành đai hành tinh—có thể đưa ra bằng chứng về việc thám hiểm ngoài hành tinh, dù những vùng đó rất rộng lớn và khó khám phá. Đã có những nỗ lực đầu tiên theo hướng này dưới hình thức các dự án SETA và SETV để tìm kiếm những đồ tạo tác của những hành tinh ngoài hệ mặt trời hay bằng chứng khác về sự viếng thăm của sự sống ngoài hành tinh trong hệ mặt trời.[21] Cũng đã có những nỗ lực gửi tín hiệu, thu hút, hay chế tạo các tàu thám sát Bracewell trong vùng lân cận Trái Đất, gồm cả những nỗ lực của các nhà khoa học Robert Freitas và Francisco Valdes.[22] Nhiều dự án trong lĩnh vực này được các nhà thiên văn học coi là khoa học "rìa" và không một dự án nào từng xác định được bất kỳ đồ tạo tác nào.

Nếu những đồ tạo tác của người ngoài hành tinh được khám phá, thậm chí ở ngay trên Trái Đất, có thể chúng không được công nhận như vậy. Các sản phẩm của người ngoài hành tinh và kỹ thuật tiên tiến của người ngoài hành tinh có thể không thể được cảm giác hay ghi nhận là những sản phẩm tạo tác ngoài hành tinh. Các thiết bị thám hiểm dưới hình thức các hình thức sự sống sinh học được tạo ra thông qua sinh học nhân tạo có thể bị tan rã sau một thời điểm, không để lại bằng chứng; một hệ thống thu thập thông tin của người ngoài hành tinh dựa trên kỹ thuật nano phân tử có thể đang ở quanh chúng ta ở thời điểm này, và hoàn toàn không bị khám phá. Định luật thứ ba của Clarke cho rằng một nền văn minh ngoài Trái Đất có kỹ thuật phát triển cao hơn có thể có các phương tiện khám phá mà con người chưa thể nhận thức được.

Những đồ tạo tác tiên tiến theo tầm mức sao

Một biến thể của quả cầu Dyson suy đoán. Những đồ tạo tác có tầm mức lớn như vậy có thể thay đổi hoàn toàn quang phổ của một ngôi sao.

Năm 1959, tiến sĩ Freeman Dyson quan sát thấy rằng mọi nền văn minh đang phát triển của nhân loại liên tục tạo ra việc tiêu thụ nhiên liệu, và trên lý thuyết, một nền văn minh với độ tuổi đủ lớn sẽ cần mọi năng lượng do mặt trời của nó tạo ra. Quả cầu Dyson là thực nghiệm tư duy mà ông như một giải pháp: một cấu trúc hình vỏ hay đám mây của các vật thể bao quanh một ngôi sao để khai thác càng nhiều năng lượng bức xạ càng tốt. Một kỳ công kỹ thuật vũ trụ như vậy có thể thay đổi hoàn toàn quang phổ được quan sát của mặt trời, ít nhất thay đổi nó một phần so với các đường bức xạ thông thường của một khí quyển sao tự nhiên, thành các đường bức xạ của một vật thể tối, có thể với đỉnh nằm trong vùng hồng ngoại. Chính Dyson suy đoán rằng những nền văn minh tiên tiến ngoài Trái Đất có thể được phát hiện bằng cách xem xét quang phổ các ngôi sao, tìm kiếm một sự thay đổi quang phổ như vậy.[23]

Từ thời điểm đó, nhiều siêu cấu trúc lý thuyết tầm mức sao đã được đề xuất, nhưng ý tưởng chính vẫn là một nền văn minh phát triển cao — Kiểu II hay lớn hơn trên thang Kardashev — có thể thay đổi môi trường của nó đủ mạnh để có thể bị phát hiện từ các khoảng cách liên sao.

Tuy nhiên, những công trình như thế có thể khó bị phát hiện hơn suy nghĩ ban đầu. Các quả cầu Dyson có thể có phát xạ quang phổ khác nhau dựa trên môi trường mong muốn bên trong, cuộc sống dựa trên các phản ứng nhiệt độ cao có thể đòi hỏi một môi trường nhiệt độ cao, với kết quả là "bức xạ rác" trong quang phổ nhìn thấy được, chứ không phải hồng ngoại.[24] Ngoài ra, một biến thể của quả cầu Dyson có đã được đề xuất và có thể khó bị quan sát từ khoảng cách lớn; một Não Matrioshka là một loạt các quả cầu đồng tâm, mỗi quả bức xạ ít năng lượng trên diện tích hơn quả cầu ở bên trong. Quả cầu ở ngoài cùng bên ngoài của một cấu trúc như vậy có thể là đóng với nhiệt độ của màn bức xạ liên sao, và vì thế là một tổng thể không thể nhìn thấy được.

Đã có một số nỗ lực đầu tiên nhằm tìm kiếm bằng chứng sự tồn tại của các quả cầu Dyson hay các đồ tạo tác lớn Kiểu II hay Kiểu III trên thang Kardashev có thể làm thay đổi quang phổ của các ngôi sao ở lõi của nó, nhưng những cuộc quan sát quang học chưa tìm được bất kỳ thứ gì. Fermilab có một chương trình đang được tiến hành nhằm tìm kiếm các quả cầu Dyson,[25] nhưng những cuộc tìm kiếm đó mới ở giai đoạn ban đầu và chưa hoàn thành.

Một biến thể của chủ đề này là các công trình tầm mức thiên hà. Bằng chứng này thậm chí còn bất lợi hơn cho lý thuyết "sự sống là phổ biến". Sự quan sát trực tiếp hàng nghìn thiên hà không cho thấy bằng chứng về một đồ tạo tác hay sửa đổi hữu ý. Điều này khiến xuất hiện giả định rằng tỷ lệ tiến hoá của các giống loài có thể tạo ra các siêu cấu trúc cỡ thiên hà chưa tới một trên 10,000 thiên hà trên 13 tỷ năm hay 10^-18 mỗi năm.