El camino a Venus, sin embargo, resultó todo menos fácil. Los científicos sabían relativamente poco sobre Venus en ese momento. Debido al tamaño similar al de la Tierra, los científicos a menudo llaman a los dos "planetas hermanos". Dado que orbitaba más cerca del Sol, la mayoría de los científicos asumieron que Venus tenía una superficie más cálida, con un clima similar al de los trópicos de la Tierra. Sin embargo, un joven científico llamado Carl E. Sagan, entonces en la Universidad de California, Berkeley,

JPL planeó, desarrolló y ejecutó la primera misión a Venus en aproximadamente un año. Para ahorrar tiempo de desarrollo, JPL adaptó la sonda lunar Ranger que estaba en desarrollo para construir el explorador Venus. La nave espacial de 447 libras transportaba siete instrumentos científicos que pesaban 46 libras para estudiar la atmósfera y la temperatura de Venus, buscar un posible campo magnético y estudiar los rayos cósmicos, el viento solar y el polvo cósmico durante el viaje al planeta. Mariner 2 enviaba datos a la Tierra a la entonces vertiginosa velocidad de 8-1/3 bits por segundo. Los instrumentos incluyeron:

• Un micrófono de cristal para medir la densidad del polvo cósmico.
• Un detector de protones para contar protones de baja energía en el viento solar.
• Dos tubos Geiger-Müller (GM) y una cámara de iones, para medir partículas cargadas de alta energía en el espacio interplanetario y en el equivalente venusiano de los cinturones de Van Allen de la Tierra (más tarde se demostró que no existen).
• Un tubo GM de propósito especial para medir la radiación de baja energía, particularmente cerca de Venus.
• Un magnetómetro de puerta de flujo de tres ejes para medir los campos magnéticos del Sol y Venus.
• Un radiómetro de microondas para medir la temperatura de la superficie del planeta y sus nubes.
• Dos sensores ópticos infrarrojos para medir en paralelo la temperatura de Venus.
  

Planificado como un proyecto de dos naves espaciales, el Mariner 1 se lanzó por primera vez el 22 de julio de 1962, pero su cohete Atlas-Agena se desvió de su rumbo y la oficina de seguridad de alcance lo destruyó en los primeros minutos de vuelo. Los ingenieros rastrearon la falla en parte a una barra superior faltante en un símbolo en el software de comunicaciones marinero 2 siguió el 27 de agosto y esta vez el lanzamiento tuvo éxito y la nave espacial entró en órbita solar en su camino a Venus. Durante el viaje de 110 días, Mariner 2 envió información valiosa sobre su entorno interplanetario, incluida la confirmación de la existencia del viento solar, una corriente de partículas cargadas que emana del Sol. La nave espacial encontró varias anomalías de hardware, muchas de las cuales inexplicablemente se arreglaron solas. Cuando Mariner 2 se acercó a Venus, uno de sus paneles solares había fallado y el vehículo estuvo peligrosamente cerca de sobrecalentarse, pero se mantuvo lo suficientemente saludable como para completar su misión científica.

El 14 de diciembre, Mariner 2 pasó a 21.564 millas de Venus y continuó en órbita solar, transmitiendo los datos que había recopilado a la Tierra. Midió la temperatura en la superficie de Venus a 300 o F a 400 o F, lo que confirma la predicción del efecto invernadero de Sagan, y la presión atmosférica es 20 veces mayor que en la Tierra. Las futuras naves espaciales medirían temperaturas y presiones aún más altas. Los científicos tuvieron que descartar las concepciones anteriores de Venus como un paraíso tropical. A diferencia de la Tierra, Mariner 2 descubrió que Venus no tiene un campo magnético apreciable y, por lo tanto, no tiene cinturones protectores de radiación atrapada para evitar que los rayos cósmicos bombardeen el planeta. La nave espacial envió su última transmisión el 3 de enero de 1963, habiendo completado la primera exploración robótica de otro planeta.

Jack N. James, gerente de proyectos en JPL, dijo más tarde sobre Mariner 2: "Habrá otras misiones a Venus, pero nunca habrá otra primera misión a Venus". En cuanto al JPL, decenas de misiones que exploraron todos los planetas desde Mercurio hasta Neptuno siguieron al pionero vuelo de descubrimiento del Mariner 2. Consulte.