“旅行者”号星际探测器是由当时美国国家航空航天局最大的“大力神号”火箭发射送入太空的。这枚火箭有15层楼那么高，由四级火箭组成，每一级火箭都载满了燃料以便把探测器推入太空。
由于“旅行者2号”飞向木星的行程比“旅行者1号”远些，所以“旅行者2号”的探测器首先被发射。
1977年8月20日上午10时29分，火箭指把“旅行者2号”从佛罗里达的卡纳维拉尔发射基地射向太空。
按计划，“旅行者1号”先到达木星，它于1979年2月22日至3月8日飞越这颗行星。3月5日，它与木星处于最近的距离——780000千米。“旅行者2号”于1979年7月4日到7月11日飞过木星，7月9日与木星最近的距离为724000千米。
探测器的摄像机首先瞄准了木星的外表云层，照片显示出了环绕在行星周围的黄色、蓝色、棕色、橙色云层，还有一些白色区域。“旅行者号”的红外光谱计和紫外光谱计确定了白斑是由含氨晶体引起的。由于太阳触发了氨气和甲烷的化学反应，从而产生了棕色的烟雾区域。木星大气层中少量的硫磺、氧气、碳和氮使云层色彩斑斓，“旅行者号”探测到木星表面云层不但有闪电，而且还有极光现象。地球上的极光是由太阳上的磁暴引起的。磁暴发出的粒子撞击地球大气层时，随即出现极光现象。
为了进一步了解有关木星上的极光现象，“旅行者号”把摄像机转向木卫一。“旅行者1号”很接近木卫一，最近的距离为25000千米。靠近木卫一时拍下的照片显示出木卫一并不是一颗有岩石的昏暗的卫星。相反，“旅行者号”发现木卫一并没有火山岩，在它的表面呈橘黄色。科学家经过研究照片之后认为，几千年前在木卫一上一定有活动火山。当更多的照片发回时，其中一个天文学家看到了一团明亮的橙色烟雾——拍照片时一座火山正在爆发。
科学家发现木卫一上共有9座活火山，所有的火山向太空喷出硫磺和硫化物时，烟雾高达290千米。这种硫磺物质最后进入木星磁场时，便产生极光现象。
“旅行者1号”探测器离开木星时，因受木星引力的推动而以原来速度的2倍向太空飞去。“旅行者2号”几个月后也追踪而去“姐妹俩”一起飞向土星。
土星光环是大自然向人类展示的一件艺术珍品，这曾被认为是不可思议的奇迹。今天人们已经知道，在太阳系九大行星中，就有四颗（木星、土星、天王星、海王星）是戴着光环的。
从“旅行者号”送回的照片看，土星主要有七道大光环。这些光环由成千上万条细的光环构成；甚至在主环间的大的环缝中夹有小环。
为了进一步测量光环粒子，“旅行者号”把无线电波射过光环传回地球，科学家通过监视传回的信号，计算出粒子之间的间隙以及它们的大小。“旅行者号”发回的照片表明大多的光环是由无数大小不等的冰块组成，每块冰从尘粒大小到10米不等。科学家发现光环有100～152米厚。
探测器发现，土星虽然也有彩带环绕和闪闪的白色区域，但它的大所层没有木星的大气层那样色彩绚丽。土星赤道的风速很快，大约达到1770千米/小时。“旅行者号”发现土星大气层既有闪电，也有极光现象，但它不像木星，微粒子从木卫一流出来，然后产生极光现象，土星的极光现象仍然是一个谜。
“旅行者2号”离开土星以后，又飞行了四年半的时间，于1986年1月终于到达探测天王星的位置，它于1月24日这天离天王星最近，与天王星最外的云层距离是80450千米。这以前还没有任何探测器离天王星如此之近，而且天文学家都渴望能看到“旅行者号”传回的信息。
天王星距离我们32亿千米，因而“旅行者号”上的信息要花上2小时45分才能传到地球。当第一批照片传回地球时，照片显示天王星像一个模糊的蓝色网球，蓝色是来自天王星大气层上的甲烷。天王星没有彩带和光环，但穿过云层顶端的风速达到145～579千米/小时。
“旅行者2号”又发现了天王星的两条光环，加起来总数达11条，在最外层光环上有冰粒。但据“旅行者2号”的探测，大多数光环由微暗的物质构成。光环本身的厚度约为152米。科学家对传回的天王星照片惊叹不已。“旅行者2号”继续在太空中飞行，下一站将飞向海王星。空间探测器海王星是1846年9月23日被发现的，它是“旅行者2号”拜访的最后一颗行星。它是如此遥远，以至航天探测器要花4小时6分钟才能把信号传回地球。
1989年8月，“旅行者2号”开始给实验室发回海王星大气层的照片。海王星的表面层有一个显著的“大黑斑”，它的边缘有模糊的白云。大黑斑比地球还要大，而且呈逆时针方向旋转，如同木星表面的大红斑一样，它也是漂浮在海王星大气层上的“风暴”。
“旅行者2号”传回的照片表明海王星的确有光环：两条宽的，两条窄的。黑色的微暗物质使光环不发光。这些微小粒子像烟尘一样小，分布很广。所以即使“旅行者2号”很接近光环，也难以拍摄到它的照片。
“旅行者2号”是第一个到天王星和海王星上去访问的地球探测器，它把所有的照片和数据都发回给了美国国家航空航天局，然后它又挣脱太阳的引力离开了太阳系。