人類進入太空時代後,對小行星的觀測變得更直接,讓小行星看起來,不再是小光點,例如透過探測船飛越小行星,並取得近距離的照片,探測其大小、行狀、自轉、質量及表面特色。最早如伽利略號探測船,在飛向木星的途中,在1991年時以距離1600公里處拍了(951)Gaspra小行星的照片。並於1993年以距離2400公里處飛越(143)Ida小行星,並首次發現有顆,更小的衛星(Dacty1)繞這它轉,這是人們第一次看清楚小行星的真面貌。這類的計畫還包括了深空一號(Deep Space 1),於1999年飛越了(9969)Braille小行星;星塵號(Stardust)除了成功的收集彗星塵埃樣本,並於2006年1月15日返回地球,其探測彗星途中於2002年飛越(5535)Annefrank小行星;近代的黎明號(Dawn)探測小行星計畫,預計於2011年探測灶神星,及2015年探測穀神星。