जैविक अणुओं में कार्बन होता है, जो हमारे ज्ञात जीवन के लिए एक मूल निर्माण अवयव है। अंतरतारकीय माध्यम के अवलोकन बताते हैं कि अंतरिक्ष में जैविक अणु, जैसे कि सरल अमीनो एसिड के पूर्वज, मौजूद हैं। जैविक अणु, एक अमीनो एसिड सहित, धूमकेतुओं और उल्कापिंडों में भी पाए गए हैं। इस बात की बहुत संभावना है कि ऐसे अणु हमारे सौर मंडल के निर्माण से जुड़ी गैस और धूल में पहले से ही मौजूद रहे हों

पृथ्वी पर अधिकांश जीवन पर्यावरणीय स्थितियों के प्रति संवेदनशील होता है, कुछ जीव, जिन्हें एक्सट्रीमोफाइल्स कहा जाता है, उन्हें अत्यंत कठोर परिस्थितियों में जीवित रहते पाया गया है, जिससे यह पता चलता है कि जीवन का अस्तित्व उन स्थानों पर भी हो सकता है जहां इसकी उम्मीद सबसे कम होती है। ये जीव विभिन्न प्रकार के तापमान, दबाव, pH और विकिरण के संपर्क में बहुत प्रतिरोधी हो सकते हैं। इनमें से कुछ जीव रेगिस्तानों, ध्रुवों, समुद्र के गहरे भागों, पृथ्वी की परतों के अंदर या यहां तक कि ज्वालामुखियों में भी रहते हैं। अब तक ज्ञात सबसे सक्षम जीवों में से एक निर्वात की स्थितियों में भी जीवित रह सकता है। ये तथ्य अन्य ग्रहों या उपग्रहों पर जीवन की संभावना के संदर्भ में , जो अक्सर तुलनात्मक रूप से कठोर पर्यावरणीय स्थितियाँ प्रस्तुत करते हैं, आशान्वित होने का एक सतर्क आधार प्रदान करते हैं।

जैसा कि हम जानते हैं, द्रव जल जीवन के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है। इसी कारण, अन्य ग्रहों और उनके चंद्रमाओं पर द्रव जल की खोज, बाह्यग्रहीय जीवन की तलाश में एक महत्वपूर्ण उद्देश्य रहा है। वर्षों से, मंगल की सतह पर द्रव जल के संभावित निशान पाए गए हैं, जिससे इस ग्रह पर इसके अस्तित्व की दीर्घकालिक बहस को बल मिला है। हालांकि मंगल पर द्रव जल की वर्तमान उपस्थिति के प्रमाणों पर काफी बहस है, संभावित निशान सरल जीवन रूपों के अस्तित्व के विचार को समर्थन प्रदान करते हैं। यदि मंगल की सतह के नीचे गहराई में वर्तमान में द्रव जल है, तो वहां जीवन के अस्तित्व की संभावना हो सकती है।

सौर मंडल के विशाल ग्रहों की परिक्रमा करने वाले कई चंद्रमाओं में से कुछ में पृथ्वी जैसे ग्रहों की विशेषताएं , जैसे कि घना वायुमंडल और ज्वालामुखीय गतिविधि, पायी गई हैं। यूरोपा, बृहस्पति के सबसे बड़े चंद्रमाओं में से एक, की जमी हुई सतह के नीचे तरल जल का सागर हो सकता है। वैज्ञानिक मानते हैं कि इस सागर में सरल जीवन रूपों के अस्तित्व के लिए उपयुक्त परिस्थितियाँ हो सकती हैं। एक अन्य संभावित स्थान जहाँ सरल जीवन हो सकता है वह है टाइटन, शनि का सबसे बड़ा चंद्रमा। टाइटन में जटिल कार्बनिक यौगिकों की प्रचुरता है, इसका वायुमंडल घना है, सतह पर द्रव मीथेन है, और इसमें भूमिगत जल सागर होने की संभावना जताई गई है।

सूर्य के अलावा किसी अन्य तारे की परिक्रमा करने वाले पहले ग्रह की खोज के बाद से, अन्य तारों की परिक्रमा करने वाले हजारों ग्रहों, जिन्हें एक्सोप्लैनेट्स कहा जाता है, का पता चला है। पाए गए एक्सोप्लैनेट्स की संख्या तेजी से बढ़ रही है, और अब हम सौर पड़ोस में एक्सोप्लैनेट्स की आबादी को चिन्हित करने में सक्षम हैं।

एक्सोप्लैनेट्स भौतिक और कक्षीय गुणों की व्यापक विविधता प्रदर्शित करते हैं| बुध के द्रव्यमान से लेकर बृहस्पति के कई गुना द्रव्यमान तक, एक्सोप्लैनेट्स का व्यास कुछ सौ किलोमीटर से बृहस्पति के व्यास के कई गुना तक हो सकता है। एक्सोप्लैनेट की कक्षीय अवधि कुछ ही घंटों जितनी कम हो सकती है, और उनकी उत्केन्द्रता सौर मंडल के धूमकेतु जितनी अधिक हो सकती है। अधिकांश एक्सोप्लैनेट ऐसी प्रणालियों में पाए जाते हैं जिनमें कई ग्रह एक ही तारे के चारों ओर घूमते हैं।

खोज की पद्धतियों की सटीकता को बढ़ाकर, अब हम ऐसे ग्रहों को खोज पाने में सक्षम हैं जिनका द्रव्यमान पृथ्वी के द्रव्यमान जितना कम हो और आकार पृथ्वी की त्रिज्या के बराबर हो। हमारी अब तक की सीमित खोज, ने दिखाया है कि सौर पड़ोस ग्रहों से भरा पड़ा है। इनमें से कुछ ग्रह तो तथाकथित आवासीय क्षेत्र में अपने मेजबान तारे के चारों ओर चक्कर लगाते हैं। परिभाषा के अनुसार, आवासीय क्षेत्र में चक्कर लगाने वाला ग्रह अपने तारे से उतनी ही मात्रा में विकिरण प्राप्त करता है जितना कि उसकी सतह पर द्रव जल के अस्तित्व के लिए आवश्यक हो।

बाह्यग्रहीय सभ्यताओं की खोज का एक तरीका ऐसे संकेतों की खोज करना है जो किसी भी ज्ञात खगोलीय घटना द्वारा स्वाभाविक रूप से उत्पन्न नहीं किए जा सकते। ऐसे संकेतों की व्यवस्थित खोज को बाह्यग्रहीय बुद्धिमत्ता की खोज (SETI) के रूप में जाना जाता है। अब तक, ऐसे कोई संकेत नहीं मिले हैं, लेकिन SETI पृथ्वी से परे उन्नत जीवन के किसी भी सुराग की तलाश में आकाश को बारीकी से जाँच (स्कैन) करता रहता है।