Három titkosított, sikertelen kísérletet követően 1959. január 2-án a szovjet Luna–1 űrszonda elsőként hagyta el a Föld vonzáskörét, és 6000 km-re megközelítve a Holdat, heliocentrikus pályára állt. A cél igazán a Holdba való becsapódás lett volna, ám ezt akkor még nem sikerült teljesíteni. Így is ez a szonda lett az első mesterséges bolygó. Néhány hónappal később a Luna–2 becsapódott a Hold felszínébe, a Luna–3 pedig lefényképezte a Hold túlsó oldalát.

A Hold elérése után a következő cél a két szomszéd bolygó lett, a Vénusz és a Mars. Több sikertelen kísérlet – amelyek során a rádió-összeköttetés megszakadása után a szonda további sorsa ismeretlenné vált – után az amerikai Mariner-2 lett az első űrszonda, amely elrepült egy másik bolygó mellett. 1962. december 14-én 34 758 km-rel repült el a Vénusz mellett.

Egy másik Mariner szonda, a Mariner–4 1964. november 28-án a Marsot érte el sikerrel és repült el mellette.

Ezt követően az eddig elért égitestek körüli pályára állás, valamint a leszállás lett a bolygókutatók célja. Először a Luna-9 szállt le a Holdra 1966. január 31-én és készített fényképeket a felszínen, majd 1966. március 31-én a Luna-10 lett a Hold első mesterséges holdja, miután sikerrel pályára állt körülötte.

Ezután a vénuszi leszállás következett. Több szondát is elvesztettek a szovjetek, a váratlanul pokolinak bizonyuló körülmények miatt, mire 1970. december 17-én a Venyera-7 lett az első szonda, amely leszállt és rádióüzenetet küldött egy másik bolygó felszínéről. A hihetetlenül forró körülmények közepette az első vénusz-szonda mindössze 23 percet bírt ki.

A Marsra szintén szovjet szondának sikerült az első leszállás. 1972. december 2-án a Marsz-3-nak sikerült leszállnia, igaz, a siker nem volt teljes, mivel a szonda mindössze 20 másodpercig küldött adatokat. A Mars kutatásában később az amerikaiak lettek sikeresebbek, a Viking szondák, majd a Mars Pathfinder és a Mars Exploration Rover ikrek, a Spirit és Opportunity legendássá váltak a felszíni kutatásaik révén, míg a Mars körüli pályára állt globális felderítők, a Mars Odyssey és Mars Global Surveyor révén ma a legtöbbet talán e bolygószomszédunkról tudunk.

A külső bolygók kutatásában sokkal kevesebb eszközt vetett be az emberiség, ám azok rendkívül sikeresek voltak. A Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz megismerésére indult expedíciók egy 70-es évek eleji felismerést használtak ki: a külső bolygók olyan formációban voltak keringési pályájukon, hogy egyetlen űrszondával végig lehetett őket látogatni, így született meg a „Grand Tour” („nagy túra”) gondolata. A Grand Tour-t egy szondapárossal tervezték teljesíteni, amelyek egyrészt elrepülnek a gázbolygók mellett, másrészt kirepülnek a Naprendszerből. A bizonytalanságok miatt előőrsként (a kisbolygóöv áthatolhatóságának vizsgálatára) egy másik szondapárost, a Pioneer-10 és Pioneer–11 szondákat indították. Ezek sikeres repülését követően indultak el a Voyager–1 és 2 amerikai űrszondák, amelyek sikerrel teljesítették a kitűzött célt, végiglátogatva a gázbolygók sorát és több mint két évtizedes bolygóközi repülés után elhagyták a Naprendszert. Emellett az emberiség üzenetét is magukkal vitték egy-egy aranylemezen, a naprendszeren túl élő esetleges értelmes civilizációk számára.

A nagybolygók vizsgálata és a naprendszer külső vidékeinek felderítése nem ért véget a Voyagerekkel. A Galileo szonda 1995 decemberében a Jupiter, a Cassini pedig 2004 júliusában a Szaturnusz körül állt pályára, és végezte/végzi a bolygó és holdrendszere részletes felderítését.