Первое сообщение об НЛО, вызвавшее огромный общественный интерес и лавину публикаций, сделал американский пилот Кеннет Арнольд. Пролетая днем 24 июня 1947 близ горы Рейнир в штате Вашингтон, он заметил девять странных объектов. Один из них напоминал полумесяц с небольшим куполом посередине, а восемь других выглядели как плоские диски, блестевшие в лучах Солнца. По оценке Арнольда, поразившие его объекты двигались со скоростью около 2700 км/ч. Говоря об их внешнем виде, Арнольд сравнивал их с «бесхвостыми самолетами». Он отмечал, что движение странных объектов было, «как у глиссера, мчавшегося по волнам», или «подобно блюдцу, брошенному по поверхности воды». Именно таким образом возник популярный ныне термин «летающее блюдце», или «летающая тарелка».
Первая публикации случая с Арнольдом была воспринята скептически, но спустя несколько недель прессу заполнили свидетельства других очевидцев. Стали выходить журналы и книги на эту тему.

Поскольку в вооруженных силах некоторых стран в то время испытывалось новое оружие, возникло подозрение, что сообщения о непонятных явлениях в атмосфере могут быть связаны с этими испытаниями. Военно-воздушные силы США начали в 1948 сбор и систематизацию сообщений об НЛО с тем, чтобы выяснить их военное значение. К этой работе были привлечены гражданские ученые и инженеры. Несколько раз проводился анализ собранных фактов для ЦРУ и руководства армии США. Эта работа, известная как Проект «Синяя книга», продолжалась с разной степенью активности до 1969.
Большой резонанс в июле 1952 вызвали нескольких сообщений о визуальных и радарных наблюдениях НЛО вблизи Национального аэропорта г.Вашингтон. Учитывая внимание общественности и правительства к этим сообщениям, ЦРУ направило инструкции по сбору фактов в армию и разведку, а также создало для анализа поступающих сообщений группу экспертов, состоявшую из инженеров, метеорологов, физиков и астрономов под руководством физика Х.Робертсона (H.P.Robertson, Калифорнийский технологический институт в Пасадене). Изучив факты, специалисты пришли к выводу, что 90% сообщений об НЛО имеют астрономическое либо метеорологическое объяснение: подавляющее большинство из них связано с наблюдением Луны и ярких планет (особенно Венеры), облаков и полярных сияний, птиц, самолетов, аэростатов, ракет, метеоров, прожекторов и других явлений, понятных для профессионалов, но происходивших в необычных условиях или наблюдавшихся недостаточно квалифицированными очевидцами. Один из членов комиссии, известный американский астроном Дональд Мензел (D.H.Menzel) опубликовал в 1953 книгу Flying Saucers, в которой разъяснил природу некоторых наблюдений НЛО.
Интерес к НЛО возрос в первые годы космической эры. Из США он распространился на Западную Европу, СССР, Австралию и другие страны. Вторая комиссия по изучению сообщений об НЛО работала в США в феврале 1966 и пришла к тем же выводам, что и первая. Однако у некоторых ученых и инженеров осталась неудовлетворенность работой этих комиссий; особенно активными противниками «естественной» гипотезы об НЛО были метеоролог Джеймс Мак-Дональд (J.E. McDonald, Аризонский университет в Тусоне) и астроном Аллен Хайнек (Северо-западный университет в Эванстоне, шт. Иллинойс). Эти ученые считали, что некоторые сообщения об НЛО ясно указывают на существование пришельцев.
В 1968 по заказу ВВС США Колорадский университет организовал группу из 37 экспертов под руководством крупного физика и специалиста по атомной энергии Эдварда Кондона (E.U.Condon). Отчет группы Научное исследование НЛО был рассмотрен специальным комитетом Национальной академии наук США и опубликован в начале 1969. В нем подробно проанализированы 59 сообщений об НЛО. В «Заключении» Кондон категорически отвергает «внеземную гипотезу» и рекомендует прекратить дальнейшее изучение проблемы.
К этому времени в архиве проекта «Синяя книга» было собрано 12 618 сообщений об НЛО. Все они были либо «идентифицированы» с одним из известных явлений (астрономическим, атмосферным или искусственным), либо «неидентифицированы», часто по причине малой информативности сообщения. На основании «Доклада Кондона» проект «Синяя книга» был закрыт в декабре 1969. Единственным официальным и достаточно полным архивом сообщений об НЛО остался канадский, содержавший около 750 сообщений и переданный в 1968 из Министерства обороны в Научный совет Канады. Сравнительно небольшие архивы имелись также в официальных учреждениях Великобритании, Швеции, Дании, Австралии и Греции.
В целом к таким же выводам, как Комиссия Кондона, пришли и другие комиссии, изучавшие сообщения об НЛО. Во Франции это была Группа изучения неопознанных аэрокосмических явлений (GEPAN = Groupe d'Etude des Phenomenes Aerospatiaux Non-Identifies), работавшая начиная с 1977. В СССР этот вывод был сделан группой экспертов, работавших по теме «Сетка» Министерства обороны и Академии наук (1978–1990). Правда, при этом отмечалось, что отдельным хорошо документированным наблюдениям НЛО все же не удалось дать исчерпывающее научное объяснение

«Доклад Кондона» и заключения других официальных организаций вызвали неоднозначную реакцию общественности. Большая часть публики и некоторые специалисты были склонны продолжать исследование НЛО: одни указывали на малый, но все же реальный шанс установить таким образом контакт с внеземными цивилизациями; другие считали, что сообщения очевидцев НЛО дают новый метод для социально-психологических исследований. Поэтому параллельно с государственными комиссиями во многих странах появились группы энтузиастов и общественные организации по изучению НЛО, проводящие самостоятельный сбор информации и ее анализ. Например, в США были организованы Национальный комитет по исследованию атмосферных явлений (NCIAP = National Committee on the Investigation of Aerial Phenomena), Организация по исследованию атмосферных явлений (APRO = Aerial Phenomena Research Organization) и др. В 1973 группа американских ученых организовала в г.Нортфилд (шт. Иллинойс) Центр по изучению НЛО (CUFOS = Center for UFO Studies). В СССР в составе Всесоюзного совета научно-технических обществ работала Комиссия по аномальным явлениям под руководством члена-корреспондента АН СССР В.С.Троицкого; появились и другие организации .
Сообщения о наблюдениях НЛО в СССР и России собираются в различных частных, общественных и государственных архивах. Одним из первых и наиболее полных в 1960–1980-е годы был архив московского преподавателя астрономии Ф.Ю.Зигеля. Много писем от очевидцев поступило в астрономические обсерватории и институты, в Академию наук России.

Особое значение имеет массовое наблюдение НЛО 20 сентября 1977 под утро на северо-западе России, известное как «Петрозаводское явление». Его описание дано, например, в газете «Известия» от 23 сентября 1977 в заметке «Неопознанное явление природы» (цит. по книге Платова и Рубцова):
«Жители г.Петрозаводска явились свидетелями необычного явления природы. 20 сентября около четырех часов утра на темном небе вдруг вспыхнула огромная «звезда», импульсивно посылавшая на землю снопы света. Это «звезда» медленно двигалась к Петрозаводску и, распластавшись над ним в виде огромной «медузы», повисла, осыпая город множеством тончайших лучевых струй, которые производили впечатление проливного дождя.
Через некоторое время лучевое свечение прекратилось. «Медуза» обернулась ярким полукругом и возобновила движение в сторону Онежского озера, горизонт которого окутывали серые облака. В этой пелене потом образовалась полукруглая промоина ярко-красного цвета в середине и белая по бокам. Все явление, по свидетельствам очевидцев, продолжалось 10–12 мин».
Это событие вызвало множество публикаций и небывалый всплеск интереса к проблеме НЛО. Оно привлекло внимание и серьезных ученых (Мигулин В.В., Ветчинкин Н.В., Платов Ю.В., Макаров А.А., Соколов Б.А., Гиндилис Л.М., Рубцов В.В. и др.), которые доказали, что описанное явление в основном было вызвано запуском ракеты (ИСЗ «Космос-955») с космодрома близ г.Плесецк (Архангельская обл.).

Сообщения о наблюдении НЛО, за редкими исключениями, весьма субъективны и содержат мало фактических данных, таких, как точное время наблюдения, угловые размеры и скорость объекта, состояние атмосферы и т.п. Немногочисленные случаи массового наблюдения одного явлениями многими независимыми очевидцами показывают, что оценки углового размера объекта и продолжительности явления у разных людей различались иногда в десятки раз.
Малая достоверность многих сообщений об НЛО объясняется не только профессиональной неподготовленностью случайных очевидцев, но и вполне объективными (хотя и не всегда имеющими объяснение) физиологическими особенностями нашего зрения. Например, вблизи горизонта диск Луны или Солнца кажется значительно больше, чем высоко над горизонтом. При наблюдении далекого объекта из движущегося транспорта, скажем из окна автомобиля, нам кажется, что он летит очень быстро. Сравнительно невысокая разрешающая способность наших глаз приводит к тому, что далекую стаю птиц или облако мы принимаем за сплошной предмет с резким краем. Не вполне ясный психологический механизм зрения приводит к эффекту летящей Луны: когда мы боковым зрением замечаем Луну в разрыве быстро бегущих по небу облаков, нам кажется, будто облака стоят неподвижно, а яркий объект стремительно летит сквозь них.
Специалисты могут надежно отождествить НЛО (либо надежно исключить из рассмотрения известные явления) лишь в том случае, когда в сообщении очевидца указаны точное время и продолжительность события, место наблюдения, направление относительно сторон горизонта или небесных светил, состояние атмосферы, видимость звезд и Луны. Очень важно указать размер объекта, причем не путем его сравнения с бытовыми объектами («оно было размером с яблоко»), а в угловых единицах – градусах или хотя бы в относительных угловых единицах – в пальцах вытянутой перед лицом руки, при этом наблюдение следует вести одним глазом. Все эти данные нужно записать сразу после наблюдения, не полагаясь на память.