Помимо применения в Вооруженных Силах, «пятерки» широко использовалась для проведения научных исследований, а также для создания новых систем ракетно-космической техники. Так, еще до завершения отработки Р-5М была создана экспериментальная ракета М5РД для проверки ряда новшеств, предусмотренных к внедрению на первой в мире межконтинентальной ракете Р-7. К ним относились системы регулирования кажущейся скорости, нормальной и боковой стабилизации центра масс относительно заданной траектории, система одновременного опорожнения баков, регуляторы расхода. Было проведено 10 пусков в июле-сентябре 1955 г., в ходе которых также испытывались три головные части с покрытием из карбида кремния и две с теплозащитой из асботекстолита. Кроме того, для подтверждения возможностей полигонных радиолокационных средств по слежению за испытываемой Р-7 осуществлялись пуски «пятерок» модификации Р-5Р. Имеется информация, что для этого дорабатывались и использовались ранее изготовленные Р-5 (8А62), а не более совершенные Р-5М (8К51).
Установка геофизической ракеты Р-5В на пусковой стол.
Ракеты Р-5М также многократно использовались в экспериментах, связанных с разработкой и испытаниями первой отечественной противоракетной системы «А», в том числе и в качестве мишеней при пусках противоракет В-1000.
В середине 1950-х гг. появились две геофизические модификации Р-5М – Р-5Аи Р-5Б. Помимо интересов науки, знания характеристик верхних, граничащих с космосом, слоев атмосферы были необходимы для проектирования межконтинентальных ракет и систем противоракетной обороны. На Р-5А был установлен своеобразный рекорд – 1520 кг полезного груза было доставлено на высоту 473 км. На этих ракетах провели отработку устройства так называемой «натриевой кометы», призванной подтвердить факт приближения советского космического аппарата к Луне, а также испытания инфракрасной вертикали, предназначенной для системы ориентации будущих пилотируемых космических кораблей.
Последний этап использования «пятерки» в научных целях связан с созданием в начале 1960-х гг. модификации Р-5В, пуски которой осуществлялись в 1964-1975 гг. Помимо проведения астрофизических исследований, выполнявшихся, в частности, по программе «Вертикаль», при пусках этих ракет отрабатывался вход в плотные слои атмосферы объектов, выполненных в форме «велосипедной фары», примененной в дальнейшем для спускаемого аппарата КА «Союз». Макет геофизической ракеты Р-5В под наименованием «Вертикаль» с лета 1967 г. демонстрировался в павильоне «Машиностроение» на ВДНХ. С 1965 г. габаритно-весовой макет Р-5М украсил стилобат вновь построенного Центрального музея Вооруженных сил в Москве. С 1980-х гг. его место занял макет межконтинентальной Р-9А.