Корпус аппарата, изготовленный из магниевого сплава, имел форму восьмигранной призмы, разделенной на восемь отсеков, в которых находилось научное оборудование. К корпусу аппарата прикреплялись четыре панели с солнечными элементами, к концам панелей были присоединены «солнечные паруса», для дополнительного разгона аппарата.
В 1965 году, в ночь с 14 на 15 июля. Mariner 4 подлетел к Марсу на расстояние 9600 км и передал на Землю 22 фотографии поверхности Марса, охватывающих участок поверхности планеты размером 300 на 300 км.
Межпланетная станция «Марс-1»
Старт ракеты-носителя Atlas-Ajena с аппаратом Mariner 4
Полярная шапка на Марсе
К удивлению ученых на снимках была запечатлена безжизненная поверхность, покрытая кратерами, очень напоминающая лунный пейзаж. Все кратеры имели плоское дно, вероятно, засыпанное пылью в периоды глобальных пылевых бурь, периодически охватывающих планету. Никаких каналов, континентов, а тем более морей.
Кроме снимков, Mariner 4 дал информацию о плотности атмосферы Марса. На основе характеристик прохождения радиоволн через его атмосферу ученые пришли к выводу, что давление на поверхности планеты соответствует земному давлению на высоте 35–40 км над уровнем моря. Кроме этого, у Марса отсутствовали магнитное поле и радиационные пояса, последние образуются за счет удержания магнитным нолем планеты заряженных частиц солнечного ветра.
В феврале и марте 1969 года американцы запустили к Марсу еще два «Маринера», шестой и седьмой. Основная задача полета: получение изображений Марса; определение температуры, плотности, давления и состава атмосферы Марса; измерение температуры поверхности Марса на дневной и ночной сторонах; уточнение некоторых астрономических величин путем анализа траекторных измерений.
Они подлетели к планете почти в два раза ближе, на расстояние 3500 км. Первый передал 75 фотографий экваториальных областей, а второй — 126 снимков района южного полюса.
«Маринерам» удалось измерить температуру атмосферы. Измерения, проведенные с помощью инфракрасного радиометра, показали, что на поверхности Марса температура изменяется от + 16 °C (в полдень) до -102 °C (ночью).
На основе этих данных ученые пришли к выводу, что снег на полярных шапках состоит из углекислого газа, который «вымерзая» из атмосферы, выпадает на поверхность в виде снега.
Попытки запустить два советских аппарата «Марс-69» при помощи ракеты-носителя «Протон» закончились неудачей.
В 1971 году ожидалось очередное великое противостояние Земли и Марса. Благодаря этому к Марсу можно было отправить гораздо больший вес, и, в случае удачи, вывести аппарат на марсианскую орбиту.