Vehículos automáticos que, a diferencia de los satélites artificiales, son lanzadas a otros astros del Sistema Solar, donde realizan diversas misiones, desde simplemente pasar por las cercanías de los mismos hasta entrar en órbita en torno suyo, o incluso aterrizar en ellos. Gracias a las sondas espaciales se ha conseguido incrementar de forma muy notable nuestro conocimiento del Sistema Solar hasta mucho más allá del poder de resolución de los telescopios.

Actualmente todos los planetas del Sistema Solar, excepto Plutón, han podido ser estudiados con mayor o menor detenimiento, junto con varios asteroides y cometas e incluso el propio Sol, descubriéndose objetos tan sorprendentes como los volcanes de Ío, los cañones marcianos o la compleja estructura interna de los anillos de Saturno.

Probablemente las sondas más conocidas para el gran público sean las dos Voyager, que enviaron asombrosas fotografías de los cuatro planetas gigantes, o las dos Viking, que aterrizaron en Marte realizando análisis químicos y tomando fotografías de su superficie, pero conviene no olvidar a otras que asimismo desempeñaron importantes tareas si bien de forma más discreta, tales como las rusas Lunik y Venera, las norteamericanas Explorer, Mariner, Pioneer, Magallanes o Ulises, o la europea Giotto, que estudió el núcleo del cometa Halley.

Posteriores a ellas fueron la sonda Near, que fotografió exhaustivamente al asteroide Eros; la Galileo, que durante varios años orbitó en torno a Júpiter y sus satélites; la Stardust, encargada de tomar muestras del cometa Wild 2 para traerlas posteriormente a la Tierra; la Génesis, estrellada durante el aterrizaje tras traer a la Tierra muestras del viento solar; la europea Smart, que cartografió la superficie lunar, o la sonda Cassini, que tras entrar en órbita en torno a Saturno ha realizado una misión similar a la ejecutada por la Galileo en Júpiter, lanzando la sonda hija Huygens a la superficie de Titán.

En cuanto a las misiones más recientes de la NASA, cabe reseñar la de la sonda Messenger, que en agosto de 2004 fue enviada a Mercurio, un planeta que no era visitado por ningún vehículo espacial desde hacía más de 30 años, entrando en órbita en torno suyo en marzo de 2011. En enero de 2006 fue lanzada al espacio la New Horizons, destinada a explorar Plutón, a donde llegará, según está previsto, en 2015, y otros objetos del Cinturón de Kuiper. En septiembre de 2007, por último, le llegó el turno a la Dawn con la misión de visitar Vesta y Ceres, dos de los principales asteroides del cinturón situado entre Marte y Júpiter, cubriendo exitosamente la primera etapa de su viaje al entrar en órbita alrededor de Vesta entre julio de 2011 y agosto de 2012, antes de encaminarse a Ceres.

Las principales contribuciones de la ESA en estos últimos años ha sido, entre otras misiones, la Rosetta, lanzada en marzo de 2004 con la misión de estudiar un cometa y varios asteroides, y la Venus Express, lanzada en noviembre de 2005 con destino al planeta de este nombre. La Luna ha sido visitada por tres sondas procedentes de países sin demasiada tradición astronáutica, en 2007 por la japonesa Selene y la china Chang'e 1, y en 2008 por la hindú Chandrayaan. Japonesa es también la Hayabusa, lanzada en mayo de 2003 y retornada a la Tierra en junio de 2010 con una pequeña cantidad de muestras de la superficie del pequeño asteroide Itokawa.

No obstante, el planeta hacia el que se han dirigido más sondas espaciales ha sido, con diferencia, nuestro vecino Marte, aunque con un resultado desigual ya que más de la mitad de los intentos realizados se saldaron con fracasos. Las primeras sondas norteamericanas lanzadas al planeta rojo fueron, durante la década de los sesenta y los primeros años setenta, varias de la serie Mariner (el resto de ellas tuvieron como destino los planetas Mercurio y Venus), alguna de las cuales, como la Mariner 9, logró transmitir a la Tierra en 1971 miles fotografías de la superficie y los satélites marcianos.

En esa misma época los rusos intentaron emular a sus competidores en la carrera espacial con la serie Marsnik y varios satélites Sputnik y Cosmos, con muy escasa fortuna aunque el módulo de aterrizaje de la Mars 3 fue el primer objeto construido por el hombre que consiguió posarse, en 1971, en la superficie marciana. El gran éxito de la exploración marciana sería, entre 1975 y 1976, el proyecto Viking, compuesto por dos sondas gemelas que contaban con un módulo orbital y otro diseñado para aterrizar en el planeta, misión que realizaron ambas con pleno acierto.

A partir de entonces los éxitos y los fracasos de las sondas marcianas se repartieron casi por igual, aunque hay que esperar hasta finales de la década de los ochenta para encontrar nuevos intentos. Las dos sondas rusas Fobos se perdieron por el camino entre 1988 y 1989, y en 1993 ocurrió lo mismo con la norteamericana Mars Observer cuando estaba a punto de entrar en órbita alrededor de Marte. Tres años más tarde, en 1996, falló el lanzamiento de la rusa Mars 96, que volvió a caer sobre la Tierra, pero en 1997 la NASA se apuntó un doble éxito con la Mars Pathfinder, que logró posarse en Marte depositando en ella un pequeño robot automóvil, el Sojourner, y con la Mars Global Surveyor, todavía activa, que fue diseñada para cartografiar la superficie marciana desde una órbita en torno al planeta.

Lamentablemente este éxito se vio ensombrecido por el doble fracaso norteamericano de 1999, con la pérdida de las sondas Mars Climate Orbiter y Mars Polar Lander al arribar a su meta, la primera de ellas por culpa de un estúpido error de cálculo. Por fortuna no ocurrió lo mismo con la Mars Odyssey, que en 2001 logró entrar en órbita manteniéndose todavía en activo. Las sondas gemelas Spirit y Opportunity, ambas compuestas por un orbitador y un módulo de aterrizaje provisto de un robot automóvil similar al Pathfinder, aunque mucho más sofisticado, aterrizaron con éxito a principios de 2004 precediendo de inmediato a enviar fotografías de su entorno, y aún hoy continúa en activo la segunda de ellas mucho después del período de vida útil que habían calculado los ingenieros de la NASA.

Las últimas sondas lanzadas a Marte por el momento son las norteamericanas Mars Reconnaissance Orbiter, que en septiembre de 2006 alcanzaba su órbita definitiva en torno a Marte, y Phoenix, que lograba aterrizar en el polo norte marciano en mayo de 2008. En agosto de 2012 aterrizó exitosamente la misión Curiosity, con un nuevo robot automóvil de mayor capacidad que los de las misiones Spirit y Opportunity.

Peor suerte corrió la sonda rusa Fobos-Grunt, destinada a la investigación de Marte y su satélite Fobos y perdida al fallar su lanzamiento en enero de 2012.

Además de las iniciativas rusas y norteamericanas, otros países han intentado también la aventura marciana. La misión de la sonda japonesa Nozomi, lanzada en 1998, fue dada por perdida a finales de 2003, poco antes de su llegada prevista a Marte. La sonda europea Mars Express, por su parte, entró en órbita marciana en navidad de 2003, aunque su módulo de aterrizaje Beagle 2 se perdió aparentemente durante la maniobra de descenso. La sonda china Yinghuo-1, por último, se perdió también durante el lanzamiento de la Fobos-Grunt.