Подавляющая часть астероидов населяет пояс астероидов, лежащий за орбитой Марса и образующий тор, плотность которого спадает за расстоянием от Солнца 3,2 астрономической единицы (а.е.), на котором орбитальный период вдвое меньше периода Юпитера. На некоторых расстояниях, где орбитальный период находится в простом отношении с периодом Юпитера, астероидов тоже почти нет: их движение там неустойчиво из-за регулярных возмущений, вызываемых Юпитером. Эти области называют окнами или люками Кирквуда. Обычно орбиты астероидов умеренно вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики. По схожести орбит большинство астероидов распадается на две дюжины семейств, происхождение которых, вероятно, связано с соударением и дроблением крупных первобытных астероидов.

За пределом 3,2 а.е. астероиды также встречаются. Некоторые из них входят в группу Троянцев и движутся точно по орбите Юпитера двумя «стаями» – одна на 60° впереди по движению планеты, а другая на 60° позади. Точное количество этих астероидов неизвестно, поскольку они очень темны и удалены от Земли и Солнца; пока открыты немногие из них.

Мелкие астероиды удается заметить лишь вблизи Земли. Около 2000 из них размером более 1 км регулярно пересекают орбиту Земли. В прошлом им подобные наверняка соударялись с Землей. Подозревают, например, что падение на Землю 10-километрового астероида привело 65 млн. лет назад к катастрофе, закончившейся исчезновением более половины биологических видов, в том числе динозавров. Пролетающие мимо Земли астероиды являются обломками более крупных астероидов, населяющих основной пояс, либо ядрами комет после полного испарения льдов с их поверхности. Движение астероидов по траекториям, пересекающим орбиты планет, не может продолжаться долго: за время порядка 10–100 млн. лет они испытают сближение с планетой, в результате которого упадут на ее поверхность или на Солнце, либо будут выброшены на периферию Солнечной системы.

Оптические исследования. Поскольку астероиды очень малы и далеки от Земли, с помощью крупных телескопов удается измерять лишь переменность отраженного ими солнечного света и его спектральные характеристики. Примерно у 2000 астероидов измерены оптические свойства поверхности и период вращения вокруг оси, оценены размер и форма. Крупнейший из астероидов Церера чуть менее 1000 км диаметром, несколько десятков имеют диаметр более 100 км, размеры остальных лежат в широком диапазоне, вероятно, вплоть до размеров метеоритов. В последнее время создаются автоматизированные телескопы для непрерывного поиска астероидов, которые позволят в начале 21 в. обнаружить все астероиды диаметром более 1 км.

По спектральным характеристикам отраженного света астероиды объединяют в несколько типов, близких к типам метеоритов, что неудивительно, ибо происхождение почти всех метеоритов связано с астероидами (за исключением немногих, прилетевших с Луны и Марса). Однако нет астероидов типа обыкновенных хондритов – наиболее многочисленных метеоритов, близких по составу к планетам земной группы. Вероятная причина этого в том, что под влиянием солнечного излучения и микрометеоритной бомбардировки поверхность астероидов, близких по структуре и составу к обыкновенным хондритам, изменила цвет и стала умеренно отражающей свет поверхностью типа S, в спектре которой присутствуют полосы поглощения силикатных минералов оливина и пироксена.

Радиолокационные исследования. Радиолокационные измерения очень полезны для определения орбит астероидов и их физической природы. Например, они показали, что приближавшиеся к Земле мелкие астероиды иногда представляют собой двойные (или более сложные) объекты, что объясняет существование двойных кратеров на Марсе, Земле и других крупных небесных телах. Поскольку металлы особенно хорошо отражают радиоволны, с помощью радиолокаторов удалось обнаружить несколько астероидов железо-никелевого состава. См. также МЕТЕОРИТ.

Исследования с помощью космических аппаратов. Американский межпланетный аппарат «Галилео», посланный к Юпитеру, пролетел вблизи двух астероидов типа S, получил их детальные изображения и данные о поверхности. 29 октября 1991 он сблизился с астероидом 951 Гаспра и обнаружил, что это тело неправильной формы размером 19ґ12 км с сильно кратерированной и изрезанной поверхностью. Пролетев 28 августа 1993 мимо астероида 243 Ида размером 58ґ23 км, аппарат открыл у него маленький спутник, названный Дактилем. Это первый случай обнаружения спутника у астероида.

Определив орбиту Дактиля, астрономы смогли на основании третьего закона Кеплера вычислить массу Иды и ее среднюю плотность, которая оказалась значительно меньше, чем у железо-каменных метеоритов, считающихся аналогами астероидов типа S, и даже меньше, чем у обычных каменных пород. Цвет различных участков Иды коррелирует с их относительным возрастом (чем старше поверхность, тем она краснее); это указывает, что Ида может иметь хондритный состав, но в результате эрозии ее поверхность покраснела и сделалась похожей на астероиды типа S. Дактиль и выбросы из молодых кратеров на Иде цветом больше похожи на обыкновенные хондриты, чем старая поверхность Иды.

Другие астероиды совсем не похожи на обыкновенные хондриты. Например, 4 Веста покрыта базальтовыми породами, т.е. застывшей лавой; значит, в ее эволюции была эпоха разогрева, плавления и дифференциации вещества (эпоха формирования ядра). Вдоль орбиты Весты движется множество мелких астероидов базальтового состава; вероятно, они были выброшены с нее в результате мощного удара. Железные, железо-каменные и дунитные метеориты представляют собой внутренние части расплавленного и подвергшегося дифференциации небесного тела, подобного Весте, но полностью разрушенного многочисленными ударами.

Большинство астероидов быстро вращается, с периодом в несколько часов. У некоторых периоды вращения измеряются неделями, причиной чему, вероятно, стало редкое сочетание взаимных ударов. Исследовать один из загадочных медленно вращающихся (период 17 сут) астероидов 253 Матильда с темной углистой поверхностью типа C удалось в 1997 аппарату NEAR (программа Near Earth Asteroid Rendezvous, Свидание с околоземным астероидом). На его борту есть рентгеновский и гамма спектрометры для изучения поверхности. В 1999 этот аппарат достиг астероида 433 Эрос типа S и стал его спутником.