В основу предлагаемой полезной нагрузки «Новых горизонтов» был положен комплект камер и спектрографов, который команда Алана разрабатывала для теперь уже отмененного конкурса проектов «Плутон — Койпер экспресс».
Первым из них был «Исследование Плутона с помощью удаленного зондирования» (Pluto Exploration Remote Sensing Investigation, PERSI) — мощный набор камер и спектрометров химического состава, работающих в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. PERSI должен был заснять Плутон и Харон во всех подробностях, с детализацией, позволяющей разглядеть объекты размером с городской квартал. Также он мог проводить инфракрасные наблюдения, которые давали возможность создать карты и определить, из каких материалов состоят поверхности Плутона и Харона. В ультрафиолетовой части спектра можно было определить структуру и состав атмосферы Плутона и поискать, нет ли атмосферы вокруг Харона.
Далее радиоспектрометр Radio Science EXperiment (REX) должен был измерить давление и температуру атмосферы Плутона в зависимости от высоты, что было обязательным требованием NASA. Для создания радиоспектрометра Алан привлек команду профессора Стэнфорда Лена Тайлера — самую опытную команду радиотехников, которая работала над радиотехническим экспериментом в полете к Плутону ранее и обладала самой лучшей техникой в мире, подходящей для такого проекта. Вместе с командой Тайлера Алан не только заполучил чрезвычайно квалифицированную группу радиотехников, но и приобрел крупное стратегическое преимущество над остальными конкурентами.
Далее Стерн выбрал два инструмента для наблюдения заряженных частиц (область Ральфа МакНатта и Фрэн Бэгеналь), которые назывались «Спектрометр энергетических частиц» (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation, PEPSSI) и измеритель параметров частиц солнечного ветра «Солнечный ветер вокруг Плутона» (Solar Wind Around Pluto, SWAP) и были созданы для изучения состава и скорости утечки газов из атмосферы Плутона.
Настоящим украшением полезной нагрузки «Новых горизонтов» была «Камера дальней разведки» (Long Range Reconnaissance Imager, LORRI). Эта простая черно-белая камера добавляла три очень важных пункта к научному плану «Новых горизонтов», причем ни в одной экспедиции Лаборатории реактивного движения ничего подобного не было. Во-первых, с помощью телескопа с высоким разрешением камеры LORRI аппарат мог делать снимки с разрешением в пять раз выше, чем NASA требовало для карт Плутона и Харона. В результате LORRI должна была значительно увеличить ставки в соревновании за геологические исследования и обеспечить такое детализированное изображение планеты, какое ранее никогда не получали во время первого пролета, с разрешением, достаточным для того, чтобы различить подробности рельефа размером с отдельные здания, а не кварталы. Во-вторых, благодаря своему большому увеличению LORRI также позволяла «Новым горизонтам» в течение десяти недель на подлете и десяти недель при отдалении от планеты делать снимки с бо́льшим разрешением, чем космический телескоп «Хаббл». Это означало, что быстрый пролетный «уик-энд» на Плутоне удастся превратить в научный визит продолжительностью в несколько месяцев. Это было очень большое преимущество, позволяющее провести множество новых научных исследований. В-третьих, — и это, возможно, самое важное — снимки LORRI, сделанные с большим увеличением, позволяли с помощью одного-единственного пролета мимо планеты создать в общих чертах карты обратной стороны Плутона и Харона, то есть увидеть те их стороны, которые во время пролета будут видны только издалека.