Aangezien exoplaneten zich te ver van de Aarde bevinden, deze zelf geen licht uitstralen en zich meestal heel dicht bij hun ster bevinden, kunnen deze dus niet ontdekt worden via traditionele technieken zoals optische telescopen maar zal men een ontdekking van een exoplaneet meestal afleiden uit indirecte waarnemingen met de daarop gebaseerde berekeningen. Slechts in heel uitzonderlijke gevallen, wanneer een exoplaneet extreem groot en nog zeer jong is, kan men dit object waarnemen door middel van een zeer sterke telescoop. In de meeste gevallen kan de aanwezigheid van planeten rondom andere sterren aangetoond worden via andere en meer complexe manieren.
Een eerste manier van ontdekken is meten of er een wijziging in de draaiing van een ster is, die kan worden veroorzaakt door de sterke zwaartekrachtaantrekking van een planeet. Wanneer een planeet voldoende groot is, kan deze ervoor zorgen dat de ster ietwat in de richting van de planeet wordt aangetrokken waardoor ze dan eigenlijk allebei draaien rondom een gemeenschappelijk zwaartepunt.
De tweede methode om exoplaneten te ontdekken, is die waarbij astronomen kijken of de ster afgedekt wordt door een planeet die er zich rondom heen beweegt. Doordat de planeet zich voor de ster zal begeven, zal de lichtintensiteit veranderen van deze ster en kan men berekenen wat de omloopsnelheid is van de exoplaneet. Op deze manier werd op 5 november 1999 bij de ster HD 209458 een planeet ontdekt in het sterrenbeeld Pegasus.
Nog een manier om exoplaneten te ontdekken, is gebruik maken van het zogenaamde microlenseffect dat ontstaat door een ster en een planeet die voor een achterliggende ster schuiven. De zwaartekracht van dit planetenstelsel zal ervoor zorgen dat het licht van de achterliggende ster afgebogen wordt en veroorzaakt een uitstulpsel op het lenseffect. Dankzij deze methode werden in het verleden al exoplaneten ontdekt die een massa hadden van slechts 5 tot 15 maal die van de Aarde. De eerste ontdekking van een exoplaneet via het microlenseffect vond plaats op 22 juni 2003.
Bij speciale sterren, zoals pulsars, kunnen astronomen de pulsen die deze ster op regelmatige tijdstippen uitzendt, onderzoeken om te zien of er zich geen afwijkingen in voordoen. Wanneer blijkt dat de timing van deze uitgezonden pulsen afwijkingen vertoont, kan dit wijzen op de aanwezigheid van een planeet in de buurt van deze ster.
