Cấp sao biểu kiến của Sao Thủy biến đổi từ −2,6[9] (sáng hơn ngôi sao sáng nhất trên bầu trời là Sirius) cho đến +5,7 (xấp xỉ giới hạn lý thuyết cho khả năng nhìn được bằng mắt thường). Hành tinh trở lên sáng nhất khi nó đến gần Mặt Trời.[9][10] Chúng ta rất khó quan sát Sao Thủy bởi nó luôn gần Mặt Trời, và thường bị lu mờ đi bởi ánh sáng của Mặt Trời. Sao Thủy thường có thể quan sát bằng ống nhòm hay thậm chí bằng mắt thường và chỉ xuất hiện trong thời điểm ngắn trong lúc chạng vạng.[87]

Sao Thủy, giống như một vài hành tinh và những ngôi sao sáng nhất, có thể nhìn thấy trong những lần nhật thực toàn phần.[88]

Giống như Mặt Trăng và Sao Kim, Sao Thủy cũng trải qua các pha khi nhìn từ Trái Đất. Nó ở pha "mới" tại vị trí giao hội gần và pha "tròn" tại vị trí giao hội xa so với Trái Đất. Nhưng hành tinh gần như không thể quan sát được vì cả hai vị trí này nó đều bị lu mờ dưới ánh sáng Mặt Trời.

Về mặt kỹ thuật, Sao Thủy sáng nhất khi nó ở pha tròn. Tuy khi nhìn từ Trái Đất lúc nó ở pha tròn thì khoảng cách giữa hành tinh và Trái Đất lại xa nhất trên quỹ đạo nhưng bù lại gần như cả bán cầu Sao Thủy được Mặt Trời chiếu sáng do hiệu ứng xung đối / giao hội.[9] Điều ngược lại đúng cho Sao Kim, hành tinh này sáng nhất khi nó ở pha lưỡi liềm, bởi vì khoảng cách Sao Kim đến Trái Đất lúc này trở nên gần hơn khi hành tinh ở pha trương huyền.[9][89]

Nhưng thực tế, thời điểm Sao Thủy sáng nhất (pha tròn) thì giới thiên văn nghiệp dư lại không thể quan sát được do nó ở rất gần Mặt Trời trên bầu trời. Thời điểm quan sát Sao Thủy tốt nhất khi nó ở pha lưỡi liềm hoặc trương huyền, tuy lúc này nó mờ hơn và cần kính thiên văn hoặc ống nhòm mới có thể thấy được hình ảnh của pha Sao Thủy. Pha lưỡi liềm đầu tiên và trương huyền cuối cùng của hành tinh xuất hiện khi nó có góc ly giác lớn nhất tương ứng ở phía đông và phía tây. Ở cả hai vị trí, khoảng cách góc từ Sao Thủy đến Mặt Trời thay đổi từ 17,9° khi nó ở điểm cận nhật đến 27,8° khi ở điểm viễn nhật.[90][91] Tại thời điểm có góc ly giác cực đại ở phía tây, Sao Thủy mọc sớm nhất hơn Mặt Trời, và tại góc ly giác cực đại ở hướng đông, nó lặn muộn nhất sau Mặt Trời.[92]

Đứng trên mặt đất, tại những vĩ độ nhiệt đới và cận nhiệt đới, có thể quan sát Sao Thủy dễ hơn so với khi đứng tại những vùng có vĩ độ cao hơn. Điều này là do ảnh hưởng của hai hiệu ứng: (i) Mặt Trời di chuyển lên cao trên chân trời theo góc dốc đứng hơn lúc Mặt Trời mọc và lặn xuống cũng theo phương nghiêng hơn, do vậy khoảng thời gian lúc chạng vạng ngắn hơn, và (ii) ở những thời điểm thích hợp trong năm, mặt phẳng hoàng đạo cắt chân trời ở góc dốc đứng lớn, có nghĩa là Sao Thủy ở góc cao độ tương đối lớn (lên tới 28°) khi bầu trời hoàn toàn tối. Những điều kiện này có thể tồn tại, như sau khi Mặt Trời lặn lúc Trái Đất gần Xuân phân, trong tháng 3 hay 4 ở khu vực bắc xích đạo hay trong tháng 9/10 ở khu vực nam xích đạo. Ngược lại, quan sát trước khi Mặt Trời mọc thuận tiện nhất lúc Thu phân.[lower-alpha 6][94][95][96]

Ở vĩ độ ở vùng ôn đới, có thể quan sát Sao Thủy dễ hơn khi đứng ở Nam bán cầu Trái Đất so với ở Bắc bán cầu. Điều này là do góc ly giác cực đại ở phía tây Mặt Trời xuất hiện khi quan sát hành tinh vào thời điểm đầu mùa thu ở bán cầu nam, trong khi góc ly giác cực đại ở phía đông xuất hiện vào cuối mùa đông cũng ở bán cầu nam.[92] Trong cả hai trường hợp, góc quan sát Sao Thủy hợp với mặt phẳng hoàng đạo là lớn nhất, cho phép hành tinh mọc vài giờ trước Mặt Trời mọc và lặn vài giờ sau khi Mặt Trời lặn trong mỗi trường hợp tương ứng, tại vĩ độ ôn đới ở nam bán cầu, như ở Argentina, Chile và Nam Phi.[92] Ngược lại, tại những vùng vĩ độ ôn đối bắc bán cầu, Sao Thủy luôn chỉ lên cao vài độ so với chân trời; do đó khó và chỉ có thể quan sát được trong thời gian ngắn.[97] Khi quan sát hành tinh này cần phải có kính lọc để giảm ảnh hưởng của ánh sáng Mặt Trời.

Nếu quan sát qua các kính thiên văn mặt đất thì chúng ta chỉ quan sát được Sao Thủy ở phần bán cầu sáng và chỉ thu được chi tiết bề mặt giới hạn. Tàu không gian đầu tiên trong số hai tàu từ trước đến nay (2013) thăm dò Sao Thủy đó là tàu Mariner 10, nó gửi về hình ảnh của 45% diện tích bề mặt hành tinh trong hai năm 1974 và 1975. Tàu thứ hai MESSENGER, sau ba lần bay qua Sao Thủy trong các năm 2008 tới 2009, nó đi vào quỹ đạo cực quay quanh Sao Thủy vào ngày 17 tháng 3 năm 2011,[98] và gửi về dữ liệu gần như toàn bộ bề mặt hành tinh và những dữ liệu cần thiết khác.[99]

Kính viễn vọng không gian Hubble không phải lúc nào cũng quan sát được Sao Thủy, do những thủ tục cần thiết để bảo vệ thiết bị camera khi hướng trực tiếp về phía gần Mặt Trời.[100]