Le sonde spaziali trasportano strumenti nello spazio per effettuare misurazioni che non possono essere effettuate sulla Terra. Temperatura, spettro, campi magnetici e radiazione comprendono solo alcuni dei tipi di fenomeni misurati. Le sonde spaziali arrivano in cima a un razzo per poi separare e impostare un percorso in base alle istruzioni degli operatori terrestri e alle istruzioni pre-programmate a bordo. All'arrivo, gli strumenti iniziano a prendere le misure e le trasmettono sulla Terra.
Le sonde spaziali normalmente contengono un pacchetto di strumenti basato sulla missione, apparecchiature di comunicazione per trasmettere i dati e un sistema di guida. L'energia di bordo proviene da batterie o celle a combustibile per missioni brevi, pannelli solari per la ricerca dei pianeti interni o un piccolo reattore nucleare per il viaggio verso i pianeti esterni. Una volta lanciate, le sonde spaziali raggiungono la loro destinazione in base al loro slancio. In alcuni casi, una fionda gravitazionale può aiutare ad accelerare la sonda usando la forza attrattiva di un altro corpo, come una luna, per tirare la sonda verso la sua destinazione.
All'arrivo, le sonde spaziali possono volare alla loro destinazione, facendo osservazioni mentre viaggiano, vanno in orbita o scendono in superficie. A volte, sonda le orbite per un periodo di tempo e poi, alla fine della sua missione, si schianta contro il pianeta, trasmettendo dati finché non viene distrutto.
Dato che sono senza equipaggio, le sonde spaziali hanno dei veri vantaggi. Possono misurare i dati in ambienti molto ostili, come la superficie calda di Venere oi laghi di metano su Titano, la più grande luna di Saturno. Possono fare viaggi molto lunghi senza risorse vitali per il supporto vitale, come ossigeno, acqua e cibo.
Le prime sonde spaziali lanciate negli anni '50 hanno misurato la Terra e la Luna. Nei primi anni '60, le sonde spaziali esplorarono Venere e Marte, dando agli osservatori della Terra i loro primi veri dati su questi pianeti. Sonde spaziali verso i grandi pianeti esterni, lanciati negli anni '70, hanno fatto una serie di scoperte significative. La Voyager 1, lanciata nel 1977, esplorò per la prima volta Giove e Saturno, e fu quindi guidata a esplorare lo spazio profondo. Trasmette ancora i dati mentre viaggia oltre il sistema solare. Negli anni '80, nuove sonde spaziali orbitavano i pianeti esterni e le loro lune per uno studio esteso, rimandando indietro migliaia di immagini insieme ad altri dati fisici per l'analisi.
