Pierwsza i jak dotąd jedyna sonda do badania Merkurego, pierwsza* sonda, która dzięki manewrowi grawitacyjnemu (swing-by effect) przeprowadziła badania dwóch różnych obiektów kosmicznych (Wenus i Merkurego).

03.11.1973 rakieta Atlas Centaur wyniosła sondę w kierunku planety Wenus. Aparat o masie 526 kg wyposażony został w kamery o dużej zdolności rozdzielczej, spektrometr nadfioletu, magnetometry oraz aparaturę do radiowego prześwietlania atmosfery w pasmach S i X.
05.02.1974 Mariner-10 zbliżył się do Wenus na odległość 5 760 km wykonując po raz pierwszy serię zdjęć atmosfery planety. Obrazy w ultrafiolecie ukazały niewidoczną w zwykłym świetle strukturę obłoków i potwierdziły superrotację górnych warstw atmosfery Wenus o okresie 4 dni.
Pole grawitacyjne planety skierowało sondę ku Merkuremu, którego Mariner-10 osiągnął 29.03.1974. Podczas pierwszego przelotu sonda zbliżyła się do powierzchni Merkurego na odległość 700 km, potem nastąpiły jeszcze dwa zbliżenia: 21.09.1974 na 48 000 km i 16.03.1975 na odległość zaledwie 327 km. Ogółem Mariner-10 przesłał na Ziemię ponad 2700 zdjęć planety o rozdzielczości od 4 km do 100 m. Obejmują one tylko 57% powierzchni Merkurego, gdyż na skutek rezonansu w ruchu orbitalnym sondy i planety, Mariner-10 podczas zbliżeń przelatywał zawsze nad tą samą półkulą Merkurego.
________________________________________________________
*) Wcześniej, bo 5 kwietnia 1973 roku, wysłany został Pioneer-11, którego zadaniem także było zbadanie dwóch planet (Jowisza i Saturna), jednakże manewr grawitacyjny przeprowadzony został później (2 grudnia 1974 r.), podobnie jak osiągnięcie drugiego celu (1 września 1979 r.)