Mariner 10 był pierwszym i jak dotąd jedynym statkiem wysłanym do Merkurego. Był też pierwszą sondą przeznaczoną do badania dwóch planet, Wenus i Merkurego, w ciągu jednej misji, pierwszym statkiem poddanym tzw. asyście grawitacyjnej i pierwszym wykorzystującym wiatr słoneczny do orientacji w trakcie lotu.
Głównym celem Marinera 10 było zbadanie atmosfery Merkurego (w wypadku jej istnienia), jego powierzchni i właściwości fizycznych. Wkrótce po opuszczeniu Ziemi, statek skierował się do swojego pierwszego celu, czyli Wenus i przesłał zdjęcia Księżyca i Ziemi ujętych w jednym kadrze. W czasie podróży do Wenus wystąpiły liczne usterki, między innymi awaria anteny wysokiej czułości i systemu kontroli wysokości. Mariner 10 minął Wenus 5 lutego 1974 r., w najbliższej odległości 5768 km. Wówczas przesłał zebrane dane oraz łącznie 4165 zdjęć planety. Po raz pierwszy zostały sfotografowane w bliskim nadfiolecie nieznane wcześniej szczegóły chmur w atmosferze Wenus.
W czasie mijania Wenus miała miejsce asysta grawitacyjna, czyli korekta lotu z wykorzystaniem siły przyciągania mijanej planety. Metoda ta pozwala często znacznie przyspieszyć sondę w kierunku kolejnego celu, a tym samym skrócić czas trwania misji i zaoszczędzić na paliwie, w które należałoby zaopatrzyć statek.
Asysta grawitacyjna z udziałem Wenus pozwoliła skierować sondę ku Merkuremu, do którego Mariner 10 dotarł 16 marca 1974 r. Kiedy do Ziemi dotarły pierwsze zdjęcia wykonane przez sondę, okazało się, że Merkury ma krajobraz bardzo podobny do Księżyca. Na zdjęciach z Marinera 10 uwidoczniły się liczne kratery i grzbiety. Ukazały się też różnice między Merkurym a naszym satelitą. Średnia gęstość Merkurego jest bardzo duża, porównywalna z gęstością Ziemi, i wynosi około 5500 kg/m3, podczas gdy średnia gęstość Księżyca to około 3350 kg/m3. Pozwala to przypuszczać, że Merkury posiada bardzo duże jądro żelazowoniklowe. Na powierzchni planety znaleziono też łukowate skarpy o wysokości kilku kilometrów, rozciągnięte na setki kilometrów. Przypuszcza się, że powstały one w wyniku silnego skurczu zastygniętej skorupy, w czasie zmiany fazy stygnącego jądra planety.
Magnetometry Marinera 10 wykryły istnienie pola magnetycznego. Choć jego natężenie wynosi około jednej setnej ziemskiego, to jest ono stosunkowo silne, biorąc pod uwagę dość powolny ruch obrotowy Merkurego i założenie, że jego metaliczne jądro jest już całkowicie zestalone i nieruchome. W takim wypadku mechanizm dynamo, który jest odpowiedzialny za pole magnetyczne Ziemi, nie powinien działać. Dlatego stosunkowo silne pole magnetyczne jest prawdopodobnie pozostałością z czasów wcześniejszych, kiedy mechanizm ten był czynny.
Odczyty z aparatury sondy Mariner 10 pozwoliły także określić temperaturę na powierzchni Merkurego. Maksymalna temperatura w czasie dnia wynosiła 187oC, minimalna zaś, w ciągu nocy, -183oC.
W ciągu sekwencji badań Merkurego Mariner 10 wykonał trzy zbliżenia do planety. Pierwsze, miało miejsce 29 marca 1974 r., w odległości 703 km. Następnie okrążył Słońce, aby powrócić do Merkurego 21 września tego samego roku, zbliżając się na odległość 48069 km. Trzeci i ostatni przelot miał miejsce 16 marca 1975 r. w odległości 327 km, po czym przerwano kontakt z sondą 24 marca 1975 r.
Mariner 10 był jak dotąd jedyną sondą, która zbadała Merkurego. Dopiero 3 października 2004 r. wystrzelono w kierunku planety kolejną sondę, o nazwie MESSENGER. Pierwsze zbliżenie do Merkurego ma nastąpić już niedługo, 14 stycznia przyszłego roku.
Powierzchnia Merkurego przypomina nasz Księżyc – mnóstwo na niej kraterów uderzeniowych. Merkury jest nieco większy od ziemskiego satelity, ale mniejszy od jowiszowego Ganimedesa oraz krążącego wokół Saturna Tytana. Bardzo duża gęstość planety związana jest z dużą zawartością żelaza (spośród planet jedynie Ziemia ma większą gęstość). Ci, którzy odwiedziliby Merkurego, zobaczyliby niezwykłe widoki. Na każde dwa okrążenia Słońca przypadają trzy obroty wokół osi. Dodatkowo orbita planety jest mocno spłaszczona. Z powierzchni Merkurego można zobaczyć Słońce, które po wschodzie… zatrzymuje się, przez jakiś czas porusza się wstecz, po czym ponownie zmienia kierunek ruchu na „prawidłowy”. Z Ziemi widzimy Merkurego zawsze bardzo blisko Słońca, krótko po zachodzie gwiazdy lub krótko przed jej wschodem. Zdjęcie wykonała sonda Mariner 10.
