Las sondas Mariner 1 y 2 tenían como objetivo enviar información sobre Venus mientras lo sobrevolaban. Las sondas eran iguales. Además el diseño estaba basado en el del Ranger, por lo cual la mayoría de los instrumentos eran los mismos. Tenían una base hexagonal de 1’04 metros de ancho y 36 de alto, que era donde se encontraban los instrumentos para la misión. Después tenía una estructura piramidal con una altura de 3’66 metros, que también albergaba instrumentos. Junto a ellos, estaban acoplados los paneles solares, que daban la energía suficiente a la nave para poder realizar la misión. Entre los instrumentos contenidos en las sondas Mariner, estaban tres detectores: uno de rayos cósmicos, otro de partículas y otro de polvo cósmico; además tenía un magnetómetro, un espectrómetro de plasma solar y un radiómetro de microondas y otro infrarrojo.

Para empezar, lanzaron el Mariner 1 el 22 de julio de 1962. Pero a los casi 5 minutos de su lanzamiento una inclinación inesperada del cohete, provocó que la sonda pudiese caer en las rutas transatlánticas del Océano Atlántico, por lo cual le enviaron una orden de autodestrucción antes de que soltase a la sonda.

A pesar del fallo sufrido por el Mariner 1, se envió el Mariner 2 el 27 de agosto de 1962. Éste sí fue lanzado exitosamente. Aunque un fallo provocara la pérdida de orientación de la nave a más de un mes después, ésta pudo recuperar la normalidad minutos después. De camino a Venus, midió el viento solar, cargado de partículas que salen disparadas del Sol. También tomó medidas del polvo interplanetario, sabiendo que éste era mucho más escaso del que se preveía. A mediados de diciembre, la sonda se encontraba ya en las cercanías de Venus, de modo que en el día 14 del mismo mes, la sonda examinó al planeta con los radiómetros infrarrojo y de microondas, revelando que Venus es un planeta con unas nubes muy frías y una superficie muy caliente, ya que las nubes son casi opacas, por lo que no deja pasar la luz solar. La última señal de la nave llegó el 3 de enero de 1963.

El Mariner 3 y 4 fueron unas sondas idénticas que llevaron a cabo los primeros vuelos a Marte. El primero de ellos se lanzó el 5 de noviembre de 1964, pero no logró alcanzar Marte por motivos de su cohete. Semanas más tarde, los americanos lanzaron en el 28 de noviembre al siguiente, el Mariner 4. Fue lanzado correctamente y se dirigió al planeta rojo en un viaje que duraría 8 meses. Cuando lo alcanzó, la sonda empezó a mandar fotografías en primer plano del planeta, éstas mostraban impactos de cráteres similares a los que muestra nuestro satélite. A pesar de que la sonda tenía una vida estimada de sólo 8 meses, la Mariner 4 siguió durante 3 años en órbita solar, realizando estudios de a largo plazo del viento solar y haciendo mediciones con la sonda Mariner 5, lanzada hacia Venus en 1967.

Más tarde, Mariner 5 fue lanzada desde Cabo Cañaveral (Florida), en junio de 1967, para llegar a Venus unos pocos meses más tarde, a unos 4.000 km de distancia del planeta. Consigo llevaba un fotómetro ultravioleta, detectores de polvo cósmico, de plasma solar, de rayos cósmicos y otros instrumentos más.

Seguidamente fue lanzada una pareja de sondas llamadas Mariner 6 y 7. Fue la primera misión dual realizada con éxito hacia Marte, volando sobre su ecuador y la región polar sur, mientras analizaba su atmósfera y superficie con sensores remotos. En total tomó cientos de imágenes del planeta. La sonda había volado sobre las zonas llenas de cráteres, no pudiendo fotografiar las regiones septentrionales plagadas de volcanes gigantes (como el Monte Olimpo) o la región ecuatorial que alberga el gran cañón marciano, descubiertos años más tarde. Las fotografías de la sonda mostraron que los rasgos oscuros que se veían desde La Tierra no eran canales, como se había pensado décadas antes.