Dès l'annonce de la découverte de Pluton, Ernest Brown déjà connu pour ses calculs des perturbations lunaires, doutait que cette planète puisse être responsable des perturbations d'Uranus et de Neptune. Nous savons aujourd'hui que Pluton a une masse 500 fois inférieure à celle de la Terre. Quand on sait que Lowell changea plusieurs fois la position supposée de sa planète, oscillant entre la Balance, les Gémeaux et le Taureau, il y a tout lieu de croire que Lowell avait prédit par hasard que Pluton se situerait dans les Gémeaux...  
 
Aussi de nombreux astronomes se remirent à rechercher la "vraie" planète de Lowell. Tombaugh participa à ce travail, examinant 70% de la voûte céleste, ce qui représentait quelque 90000 degrés carrés, jusqu'à la magnitude 17.5. Les régions éloignées de la Voie lactée ne contenaient que 40 à 60000 étoiles par plaque, mais celles du Sagittaire par contre, situées en plein coeur de la Voie Lactée, en contenait plus d'un million. Dans cette région, l'analyse d'une surface de 3 mm sur 20 mm prenait 10 minutes. A cette vitesse il lui valait deux heures de concentration pour venir à bout d'un degré carré. Son travail fut donc proportionnel au nombre d'étoiles figurant sur chacune de ces plaques. Pour éviter des "trous" dans la couverture du ciel, il consacra 30% de son temps à rephotographier les anciennes zones, les faisant déborder d'une certaine quantité d'une plaque à l'autre. En 14 ans, Tombaugh consacra ainsi 7000 heures à observer consciencieusement chacune des 90 millions d'étoiles du ciel comprises entre 60° de déclinaison nord et 50° sud ! Il passa également au crible la région au-delà de Canopus et l'amas globulaire Omega Centauri. Mais au lieu de découvrir cette planète X, il découvrit une comète, un nouvel amas globulaire, plusieurs amas d'étoiles, marqua 1807 étoiles variables, 3969 astéroïdes et dénombra 29548 galaxies. Sur 90 millions d'étoiles analysée sur 362 plaques, il n'y avait pas une seule planète ! Il en suspecta des centaines autour de la magnitude 17 mais il s'agissait toujours d'artefacts ou de défauts de mise au point sur le plan-film. Slipher finit pas abandonner la partie au bout de 13 ans de recherches. Mais Clyde Tombaugh[4] persista.  
 
En 1939 et 1940 il rephotographia environ un tiers de l'écliptique, des constellations du Poisson jusqu'au Taureau, y compris le Cancer où se trouvait à l'époque Pluton, ainsi que la Balance, de façon à être certain d'avoir "attrapé" la plus pâle des planètes avant de plonger dans les champs riches et brillants de la Voie Lactée. Tombaugh fut en mesure d'analyser des étoiles jusqu'à la magnitude 18.6. Une nouvelle fois il découvrit près de 1000 pseudo-planètes qui n'étaient que des défauts de mise au point.  
 
Sachant que la planète X serait très pâle, son éclat chutant d'un facteur quatre chaque fois que sa distance à la Terre doublait, malgré cette limitation, Tombaugh était convaincu, à juste titre, de pouvoir "détecter une planète de la taille et de la brillance de Neptune à sept fois la distance de Neptune au Soleil, soit environ 200 U.A.". Non qu'il ne puisse exister de planètes géantes dans cette région, mais les simulations informatiques modélisant la formation du système solaire, indiquent en général que les planètes massives se trouvent à une distance intermédiaire du Soleil. Cette distance se situe dans la région de Jupiter-Saturne. Le modèle est identique en ce qui concerne les systèmes satellitaires.  
 
Tombaugh reconnaît que la tâche la plus difficile fut d'examiner la région située vers 18h d'ascension droite, dans la partie sud du Sagittaire, située en plein coeur de la Voie Lactée. Mais en vain. Il alla jusqu'à explorer le ciel 20° au sud de l'écliptique, sans plus de succès. Après avoir consacré plus de 50 ans de sa vie à rechercher la planète X, il reste persuadé que cette planète se cache quelque part dans ces régions sud, "s'approchant probablement de la région de son noeud ascendant". Il reste une infime possibilité que cette planète existe : "La chasse devrait se poursuivre maintenant dans les régions sud du Verseau ou même de la Baleine. Fort heureusement, ces régions ne sont pas riches en étoiles et je pense qu'une telle recherche pourrait être mise sur pied".  
 
Si on ne découvre pas cette planète X, il restera toujours la mythique Némésis pour expliquer les infimes perturbations orbitales et les arrivées périodiques des comètes issues du Nuage de Oort. La plupart des astronomes considèrent cependant qu'avec Pluton nous avons vraisemblablement découvert la dernière planète du système solaire.