A pilóta nélküli űrhajó Mariner 4 áthalad a Marson 6000 láb tengerszint feletti magasságban, és visszajut a Földre a vörös bolygó első közeli képeiről.

1964 novemberében indult Mariner 4 hordozott egy televíziós kamerát és hat másik tudományos műszert, hogy megvizsgálja a Marsot és a bolygóközi térbe a Naprendszerben. Az 1965. július 14-én elért Marshoz az űrhajó éppen július 15-én éjfél után kezdte visszavetni a bolygó televíziós képeit. A közel 22-es képek egy hatalmas, kopár sivataggal borították a krátereket és a rozsdaszínű homokot, elhagyva a 19. század gyanúja, hogy létezhet egy fejlett civilizáció a bolygón. A csatornák, amelyeket Percival Lowell amerikai csillagász 1890-ben távcsövével megkérdezett, optikai illúziónak bizonyultak, ám valamiféle ősi természetes vízi utak nyilvánvalónak tűntek a bolygó egyes részein.

Miután elmúlt a Marson, Mariner 4 A Nap távoli oldalára haladt, majd 1967-ben visszatért a Föld környékére. Akkorra szinte hatalomból kimaradt a kapcsolat az űrhajóval 1967 decemberében megszakadt.