Pioneer 10 fu lanciato il 2 marzo 1972 da un razzo Atlas/Centaur/TE364-4. Il lancio vide per la prima volta l'utilizzo di un veicolo di lancio a tre stadi.
Il terzo stadio era necessario per lanciare Pioneer 10 alla velocità di 51810 km/h richiesta per il volo verso Giove. Questa velocità ne fece l'oggetto più veloce costruito dall'uomo a lasciare la Terra, sufficiente per raggiungere la Luna in 11 ore e incrociare l'orbita di Marte, alla distanza di circa 80 milioni di km di distanza, soltanto 12 settimane dopo.

Pioneer 10 in costruzione

Il 15 luglio 1972, Pioneer 10 è entrato nella Cintura degli Asteroidi. Gli oggetti della cintura si spostano a grande velocità e la loro grandezza varia dal granello di polvere alla roccia grande come l'Alaska. Dopo aver attraversato senza inconvenienti la Cintura degli asteroidi, Pioneer 10 si è diretto verso Giove.

L'accelerazione dovuta alla massa di Giove ha aumentato la sua velocità fino a oltre 11 km al secondo. Ha sorvolato le nubi gioviane il 3 dicembre del 1973.
Durante il passaggio vicino a Giove Pioneer 10 ha ottenuto le prime immagini ravvicinate del pianeta , ha scoperto la presenza di intense fasce di radiazioni, localizzato il suo campo magnetico e scoperto che Giove è stato un pianeta liquido. Dopo il suo incontro con Giove, Pioneer 10 ha esplorato le regioni esterne del Sistema solare, studiando le particelle energetiche provenienti dal Sole (il vento solare) e i raggi cosmici che raggiungono il ramo della Via Lattea dove ci troviamo.

E' il primo oggetto creato dall'uomo a lasciare il Sistema Solare il 13 giugno 1983, quando ha oltrepassto l'orbita di Nettuno (che era il pianeta più distante dal Sole in quel momento, a causa dell'eccentricità dell'orbita di Plutone).