Полёты космических ракет к Луне и планетам Солнечной системы в СССР начаты 2 января 1959, когда первая автоматическая межпланетная станция (АМС) вышла из поля тяготения Земли, прошла на расстоянии около 7500 км от поверхности Луны и вышла на орбиту вокруг Солнца, став его первым искусств. спутником. Впервые была достигнута вторая космическая скорость (около 11,2 км/сек) . На 1 января 1977 выведено в космос 24 АМС серии "Луна", с помощью которых впервые получены фотографии обратной стороны Луны.
АМС "Марс-2" и "Марс-3" выполнили ряд научных исследований космического пространства на трассе Земля — Марс, Марса и околопланетного пространства с орбиты искусственного спутника планеты. Отделившаяся от "Марса-2" капсула впервые достигла этой планеты, а спускаемый аппарат "Марса-3" совершил мягкую посадку и передал сигналы с её поверхности. В 1973 впервые полёт по межпланетной трассе одновременно совершили 4 АМС; станция "Марс-5" стала 3-м советским искусственным спутником Марса, а АМС "Марс-6" достигла его поверхности.
Крупные успехи получены в изучении Венеры. Наземные наблюдения планеты велись регулярно, но основными характеристики её атмосферы, поверхности и облачного слоя оставались неизвестными. С появлением космических аппаратов открылись новые возможности: АМС "Венера-4" (1967) впервые провела прямые исследования атмосферы планеты (создана модель атмосферы) , "Венера-5" и "Венера-6" (1969) вновь произвели зондирование венерианской атмосферы, что позволило уточнить её физико-химические характеристики. В 1970 "Венера-7" совершила первую мягкую посадку на планету и передала информацию с её поверхности. В эксперименте на "Венере-8", опустившейся на освещенной Солнцем стороне.