水手2号的结构与
水手1号基本一致，携带了6台科学仪器。包括一台工作在13.5毫米和19毫米的双通道
微波雷达，一台工作在8至9微米和10至10.8微米波段的
红外雷达，1台
磁力计，1个
电离室，1个粒子探测器以及1台宇宙尘埃检测仪。在经历了108天、2亿9千万公里的飞行之后，水手2号在12月14日接近金星并拍摄下了
红外及
微波波段的图像。
1962年8月27日，美国的水手2号
金星探测器发射成功。同年12月14日，水手2号从距金星34800千米处飞过，探测了金星的大气温度，揭开了人类探测金星的序幕。
上个世纪60年代，从
美国太空总署发射的
“水手”号探测器是美国发射到金星、
火星和水星附近的一系列不载人的
航天探测器。其中“水手2号”是美国第一只成功的星际间探测器，是世界上第一个到达金星附近的星际间探测器。“水手2号”探测器于1962年8月27日成功从发射场上发射。 做为“
水手1号”太空船备份的“水手2号”（MARINER 2）重量为202.80 kg，其任务在于试图飞越金星并传回此行星之大气、磁场以及质量等数据。
从地面发射之后，水手2号首先进入的是118公里的
地球轨道。980秒后火箭第二级启动，水手2号开始进入转移轨道。发射后44分钟，
太阳能电池完全展开。
8月29日，各种科学仪器开始工作。9月8日，水手2号突然失去了姿态控制，但3分钟后又恢复了过来，这可能是由于某个部件的碰撞造成的。
10月31日，太阳能电池不能正常工作，科学仪器也因此被迫关闭。一周后太阳能电池恢复正常，然而在11月15日太阳能电池又出现了问题。幸运的是此时水手2号已近足够接近太阳，所获得的电力仍在可接受的范围之内。12月14日，
雷达系统开始工作，水手2号开始以30°的角度接近金星。其距离金星最近的时刻为世界标准时1962年12月14日19点59分28秒，此时的高度为34773公里。之后水手2号开始进入日心轨道。世界标准时1963年1月3日7点是最后一次接收到它发回信号的时间。根据其发回的数据，
科学家们估计金星上覆盖着厚达60公里的
二氧化碳大气层，金星表面温度大概在425摄氏度。
在1962年12月14日“水手2号”以距金星34 773 km的距离通过金星，并于1963年1月3日前持续不断地传回所侦测之资料，整体而言此行之任务算是极为成功，目前“水手2号”仍然运行于太阳轨道中。
“水手2号”长距离飞行所需之电源，是由两片183 cm×76 cm以及152 cm×76 cm的太阳能板所供应，并于发射后44 min完全地伸展运作，除了辐射探测器失效外，“水手2号”其他
探测仪器于全程之巡航任务中均正常地维持操作功能。“水手2号”于航向金星的过程中曾一度由于太空悬浮粒之撞击而失去控制，但在11月初包含太阳能吸收板之故障均又回复正常的运作。
所有水手号太空船皆基于八角型总线设计，可放置所有电器设备，例如天线、相机、推进剂及电源。在
水手4号之后所有水手号太空船都有四个太阳能板做电源，除了
水手10号有两个太阳能板，以及设计源自于游击兵球探测船计划的水手2号。此外，除了水手2号及水手5号的所有水手号太空船都有电视相机。前五艘水手号太空船以阿特拉斯-爱琴纳火箭发射，而后五艘则用阿特拉斯-半人马火箭发射。而所有在水手10号发射、基于水手号的探测船都用泰坦三E型火箭、泰坦四型无人火箭或是用固态燃料做为惯性上层节。
水手系列探测器基于徘徊者探测器发展而来，基座是1.04米直径、0.36米厚的六边形。基座背面是48厘米直径的碟状定位天线，正面为金字塔型的金属框架。两侧为长5.05米，宽0.76米的
太阳能电池板。除此以外还有备用的水银电池为系统供电。动力系统则是一个225牛推力的联氨和4台控制姿态的氮气喷气机。
上个世纪60年代，从美国太空总署发射的“水手”号探测器是美国发射到金星、火星和水星附近的一系列不载人的航天探测器。其中“
水手2号”是世界上第一只成功的星际间探测器。