معرفتنا بخواص معظم الأجرام الوراء نبتونية ليست جيدة. ومع ذلك، فإن كوكب بلوتو وقمره شارون كبيران وقريبان بما يكفي لخضوعهما للدراسة التليسكوبية على مدار عدة عقود من خلال التحليل الطيفي، اكتشف النيتروجين والميثان وثاني أكسيد الكربون في حالة تجمد على كوكب بلوتو، وتُظهر أكثر الصور التليسكوبية وضوحًا بقعا داكنة يُرجح أن تكون بقايا غنية بالثولينات وتوحي كثافة بلوتو بأنه لا بد أن الصخر يمثل نحو 70% من كتلته الإجمالية، والأرجح أن لبه صخري (يُرجح أنه لب داخلي غني بالحديد) الذي يعلوه دثار يتكون في معظمه من جليد مائي تعلوه قشرة غنية بالمواد

الأكثر تطايرا. وقرب الحضيض (الذي حدث مؤخرًا في عام 1989)، يمتلك بلوتو غلافا جويًّا غنيًّا بالنيتروجين، وربما يكون هذا الغلاف أكثر كثافة من الغلاف الجوي للقمر تريتون. ولأن جاذبية كوكب بلوتو ضعيفة جدًّا، فيمكن أن يمتد هيكل تخيلي يحيط بـ 99% من غلافه الجوي لنحو 300 كيلومتر فوق السطح، في حين أن الارتفاع المقابل في حالة كوكبنا الأرضي لا يتعدى 40 كيلومترًا. ومن المتوقع أن جزءًا كبيرًا من الغلاف الجوي لكوكب بلوتو سيتكثف على السطح، مع زيادة المسافة بينه وبين الشمس من 4.5 مليارات كيلومتر في الحضيض إلى 7.4 مليارات كيلومتر في الأوج في عام 2113. من المؤسف أن تفوتنا فرصة دراسة كوكب بلوتو من موضع أقرب خلال الحضيض. سوف تنطلق بعثة «نيو هورايزونز»، التابعة لوكالة ناسا، في رحلة تمر خلالها بكوكب بلوتو في عام 2015، وبحلول هذا الوقت ربما يكون قد تكثف جزء كبير من الغلاف الجوي للكوكب وأخفى السطح «الدائم» أسفل غطاء موسمي من الجليد النيتروجيني.

وفترة دوران كوكب بلوتو حول محوره التي تبلغ 6.4 أيام هي نفس الفترة المدارية لأكبر أقماره، وهو شارون الذي يدور بالتزامن معه. وهذه العلاقة ناتجة عن نوبات مد قوية، وهي تعني أن كوكب بلوتو وشارون يواجه كلٌّ منهما الآخر بنفس الوجه دائما. وكوكب بلوتو أكثر توافقًا في الحجم والكتلة مع شارون من توافق أي كوكب آخر أو كوكب قزم مع أكبر أقماره التابعة؛ فكتلة شارون تبلغ نحو 12% من كتلة كوكب بلوتو، وهو يدور حول كوكب بلوتو على مسافة لا تتجاوز نحو 17 ضعفًا من نصف قطر بلوتو قياسًا من مركز بلوتو. وللمقارنة كتلة القمر الأرضي لا تتجاوز 1.2% من كتلة كوكب الأرض، ونصف قطر مداره يبلغ 60 ضعفًا من نصف قطر كوكب الأرض. ويفسر قرب شارون من كوكب بلوتو السبب وراء عدم اكتشافه حتى عام 1978. والقمران الأصغر حجما التابعان لكوكب بلوتو، وهما نيكس وهيدرا، تم اكتشافهما في عام 2005. وهذان القمران يدوران حول بلوتو في المستوى المداري للكوكب في رنين مداري يقترب من 1:4 1:6 مع القمر شارون.

وعند رصد شارون من سطح كوكب بلوتو، يبدو عرضه أكبر من عرض القمر الأرضي عند رصده من كوكب الأرض بثماني مرات. ونظرًا لأن كتلتيهما النسبية متشابهة جدا، فإن مركز كتلتيهما المشترك (أي محور الثقل) لا يقع داخل بلوتو، بل عند نقطة في الفضاء تقع بين الجرمين. وبالرغم من أن الكويكبات الثنائية مثل (90) أنتيوبي وأجرام حزام كايبر الثنائية مثل 2001 QW₃₃₂ (ثنائي بقطر 200 كيلومتر) معروفة، فإن بلوتو - شارون هما أكثر ثنائي متوافق بين الأجرام الكبيرة بما يكفي لاعتبارها كواكب أو أقزام كواكب.

وأغلب سطح القمر شارون مكون من الجليد المائي مع كميات ضئيلة من الأمونيا. وكثافة شارون أقل من كثافة بلوتو، لكنها تظل كافية لأن تشكل لبا صخريًّا لا بأس به. وربما يتضح أن شارون قمر قليل النشاط نسبيًّا وكثيف الفوهات في حين قد يُبهرنا جميعًا بلوتو بكونه نشطا من الناحية الجيولوجية، كما يوحي بذلك التنوع في مواد سطحه.

من جهة أخرى، ربما يوجد سبب وراء كون شارون أكثر نشاطًا من بلوتو الأكبر حجما منه. يرجع ذلك إلى ميل محور بلوتو بمقدار 119.6 درجة (كون هذا الميل أكبر من 90 درجة معناه أن دوران الكوكب حول محوره يكون عكسيا). يقع مدار شارون بالضبط في المستوى الاستوائي لكوكب بلوتو؛ ومن ثم فهو يشاركه الميل المرتفع فيما يتعلق بمدارهما المشترك حول الشمس. وقوى الشد المدي المتنافسة التي تمارسها الشمس وبلوتو على القمر شارون من الوارد أن تكون قوية بالقدر الذي يكفي لأن تتسبب في حدوث انصهار في مكان ما من الدثار الجليدي للقمر شارون. وإذا كان الوضع كذلك، فإننا نواجه احتمالا مثيرًا بأن يكون سطح شارون مشابها لسطح القمر أوروبا، بل ويحتمل أن يكون تحته محيط قد يشتمل على مظاهر حياة. وأفضل معلومات لدينا حتى الآن مصدرها الأطياف تحت الحمراء للقمر شارون، التي تم الحصول عليها عام 2007، والتي عثرت على جليد مائي على سطح شارون لا يزال في شكله البلوري الأصلي مقارنةً بالحالة غير المتبلورة دون المجهرية للجليد، الذي تعرض للأشعة الشمسية فوق البنفسجية وقصف الأشعة الكونية لأكثر من بضع عشرات آلاف السنين. وأبسط تفسير لهذا هو الينابيع الحارة التي تُطلق جليدًا حديثا من الداخل، والتي تشبه الأعمدة المائية الحرارية على القمر إنسيلادوس.