La superficie y el interior
New Horizons observó sólo un hemisferio de Plutón. Ese hemisferio está dominado por Tombaugh Regio, una llanura blanca con forma de corazón. La mitad occidental de Tombaugh Regio es Sputnik Planitia, una llanura lisa de hielo de nitrógeno sin cráteres de impacto. La falta de cráteres muestra que Sputnik Planitia es una característica muy joven y que, por tanto, es probable que Plutón tenga alguna actividad geológica. Tombaugh Regio está rodeado de regiones menos suaves que contienen algunas cadenas montañosas. Estas montañas están formadas por hielo de agua, que probablemente flota en el hielo de nitrógeno circundante. Las latitudes septentrionales más altas están cubiertas de llanuras más oscuras. Al oeste de Tombaugh Regio se encuentra la región más oscura de Plutón. Originalmente apodada «la ballena» por su forma y posteriormente apodada Cthulhu Regio, esta región tiene una topografía variada con llanuras, escarpas, montañas y cráteres. El color oscuro de esta región se debe a los compuestos orgánicos llamados tholins.
La reflectividad media de Plutón, o albedo, es de 0,72 (es decir, devuelve el 55 por ciento de la luz que le llega), comparado con el 0,1 de la Luna y el 0,8 de Tritón. Sin embargo, este albedo medio abarca un amplio rango de reflectividades, teniendo Cthulhu Regio una reflectividad de 0,1 a 0,2 y Tombaugh Regio una reflectividad de 0,8 a 1.
Las primeras mediciones espectroscópicas infrarrojas crudas (ver espectroscopia), realizadas en 1976, revelaron la presencia de metano sólido en la superficie de Plutón. Utilizando los nuevos instrumentos terrestres disponibles a principios de la década de 1990, los observadores descubrieron hielos de agua, monóxido de carbono y nitrógeno molecular. Aunque la firma espectral del nitrógeno es intrínsecamente muy débil, ahora está claro que esta sustancia debe ser el constituyente dominante de la superficie. El metano está presente tanto en forma de manchas de hielo de metano puro como en forma de «solución» congelada de metano en el hielo de nitrógeno.
Plutón tiene una densidad de 1,85 gramos por cm cúbico, y Caronte tiene una densidad de 1,7 gramos por cm cúbico. Estos valores sugieren que ambos cuerpos están compuestos por una fracción significativa de materiales como roca de silicato y compuestos orgánicos más densos que el hielo de agua (que tiene una densidad de 1 gramo por cm cúbico). La menor densidad de Caronte puede deberse a que es más poroso o tiene una menor fracción de roca. Plutón, al igual que las lunas heladas de Júpiter y Saturno, tiene probablemente un núcleo rocoso interior rodeado por un grueso manto de hielo de agua. El nitrógeno, el monóxido de carbono y el metano congelados que se observan en su superficie se encuentran en forma de una capa relativamente fina, similar a la capa de agua de la superficie de la Tierra. Sputnik Planitia es una cuenca profunda que puede haberse formado como resultado de un impacto. Se encuentra en el eje de marea de Plutón, es decir, en el lado opuesto del planeta enano al de Caronte. La ubicación de Sputnik Planitia requiere que haya una masa extra debajo de él, y esta masa extra puede ser de un océano subsuperficial por encima del núcleo rocoso y por debajo del manto de hielo de agua.