水手10号是人类设计的首个执行双行星探测任务的飞行器，也是第一个装备图像系统的探测器，它的设计目标是飞越水星和金星两大行星。它在1973年11月3日，由美国发射升空。水手10号重503千克，装备有紫外线分光仪、磁力计、粒子计数器，电视摄像机等仪器。1974年2月5日，水手10号从距金星5760千米的地方飞过，拍摄了几千张金星云层的照片。然后它继续朝水星前进。1974年3月29日，水手10号从离水星表面700公里（435英里）的地方通过，然后进入周期为176天的公转轨道，环绕太阳运行，其周期正好是两个水星年，这使它每次回到水星时都是在以前的同一地点，因为水手10号每绕太阳一圈，水星正好绕两圈。
1974年9月21日，水手10号第二次经过水星；1975年3月6日，它第三次从水星上空330公里（203英里）处经过。此时，水手10号耗尽了使它保持稳定位置的气体，因此无法再对这颗行星作进一步研究了。不过这３次近距离观测已拍摄到了超过１万张图片，涵盖了水星表面积的５７％。
发现：在飞掠金星时，水手10号在金星上发现云系循环的证据与非常微弱的磁场。
水手10号总共飞掠过水星3次，由于轨道的相对位置（太空船的轨道周期几乎是水星的两倍），使得每次探测的都是面对着水星的同ㄧ面，所以只探测到水星表面约40-45%的地区。仅管如此，水手10号所传回的资料仍然非常重要的，也是目前天文学家了解水星的主要来源，因为无法用望远镜直接观测水星的表面。
水手10号发现水星拥有稀薄的大气层，主要是由氦所组成，另外也发现水星拥有磁场与巨大的铁质核心。辐射计显示水星的夜晚大约是-183°C(-297°F)，而白天温度可达187°C(369°F)。
设备：
水手10号的探测设备与实验包括:
1 一对具有数字磁带式记录器的视角狭窄的相机
2 紫外线分光计
3 红外线辐射计
4 太阳电浆侦测器
5 带电微粒子
6 磁场探测
7 掩星观测
8 天体力学探测