Межпланетный аппарат «Маринер-2» положил конец надеждам на умеренный климат Венеры, измерив очень высокую температуру ее поверхности. Десятки космических аппаратов, включая орбитальные, посадочные и атмосферные зонды, за прошедшие 40 лет довольно подробно изучили Венеру. При температуре поверхности выше точки плавления свинца, поддерживающей кору планеты в пластичном состоянии, и с чрезвычайно плотной атмосферой из углекислого газа, в которой плавают облака из серной кислоты, Венера выглядит малопривлекательным местом. «Маринер-10», пролетев мимо Венеры, затем трижды прошел мимо Меркурия, сфотографировав более половины его поверхности, покрытой кратерами, как лунная.

Марс после каждого визита к нему космических зондов представляется по-новому. «Маринер-4» поразил ученых изображениями луноподобной поверхности Марса, густо покрытой кратерами. «Маринеры-6 и -7» обнаружили пустые русла, как будто образованные протекавшей по ним в далеком прошлом водой. «Маринер-9» передал с орбиты изображения всей планеты и открыл на ней гигантские древние вулканы. Орбитальные аппараты двух «Викингов» составили подробную карту планеты, а их посадочные аппараты изучали атмосферу и образцы в двух точках на ее поверхности. Хотя признаков жизни там не было обнаружено, Марс показал себя динамичной планетой с богатой историей. Сопоставление различных эволюционных путей Венеры, Земли и Марса стало первым серьезным достижением космической планетологии, объединившей усилия астрономов, геологов, физиков, химиков и метеорологов для разгадки природы планет.

Хотя Луна привлекала к себе внимание в основном по политическим и прочим ненаучным соображениям, ее научные исследования весьма продуктивны. В 1960-х годах Луна была осмотрена и изучена автоматическими станциями: сначала – пролетавшими вблизи или падавшими на ее поверхность, а затем – орбитальными и посадочными. Двенадцать космонавтов на шести кораблях «Аполлон» (1969–1972) побывали на поверхности Луны, доставили туда приборы и привезли назад сотни килограммов образцов породы. Возраст Луны оказался близок к земному, а сама она предстала перед учеными хотя и не совсем реликтовой, как они надеялись, он все же проделавшей совершенно самостоятельный эволюционный путь, отличный от земного. Образцы лунного грунта и другие данные позволили воссоздать историю Луны и, опираясь на это, понять многие аспекты ранней истории Солнечной системы. В частности, статистический анализ лунных кратеров был использован при изучении поверхности других планет. Экспедиции к внешним планетам требуют дальнейшего развития космической техники, сооружения мощных носителей и больших вложений для реализации грандиозных проектов, результаты которых можно ожидать лишь через многие годы.

В 1970–1980-х годах несколько зондов были посланы с разведывательной целью к Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну. Даже самые прозорливые планетологи были удивлены переданными на Землю изображениям и данными. В атмосфере Юпитера темные полосы и светлые зоны между ними, а также пятна, которые астрономы напряженно изучали с Земли, «рассыпались» на многочисленные цветные, закрученные циклонами облака. Кольца Сатурна, в которых при наблюдении в телескоп было заметно лишь несколько щелей, с близкого расстояния стали похожи на грамофонную пластинку с сотнями бороздок, возможно, завитых в спираль. Системы колец Урана и Нептуна, незадолго до этого обнаруженные с Земли, оказались весьма сложными. У Юпитера также было открыто тонкое кольцо. Ледяные спутники всех больших планет, которые при наблюдении в телескоп выглядят светлыми точками или, в лучшем случае, крохотными дисками с цветными пятнышками, оказались самобытными объектами, каждый со своей сложной историей. Космические зонды обнаружили активные геологические процессы, такие, как действующие вулканы, извергающие серу, на спутнике Юпитера Ио, а также гейзеры, фонтанирующие азотом, на спутнике Нептуна Тритоне.

В 1986 армада космических зондов разных стран встретилась с кометой Галлея и передала изображения ее ядра. В начале 1990-х годов аппарат «Галилео» осмотрел два астероида во время своего 2-летнего путешествия в систему Юпитера, где он сбросил зонд в атмосферу этой планеты. Изображения нескольких астероидов были составлены по данным наземных радаров.