20世纪90年代以来，发射了“克莱门汀号”（Clementine）探测器、“月球勘探者号”（Lunar Prospector）探测器、“月球勘测轨道器”（LRO）、“月球陨坑观测和遥感卫星”（LCROSS）等，这些探测器针对月球极区水冰探测获得大量科学成果，其中LRO获取了月球极区高精度数字高程模型（DEM）和影像数据，至今仍在轨运行。
月球勘测轨道器 来源：https://www.nasa.gov/
“月球大气与尘埃环境探测器”（LADEE）上搭载一台空间激光通信实验载荷，成功实现人类首次星际空间激光通信实验，传输速率高达622 Mbps。
2017年推出“阿尔忒弥斯”（Artemis）载人月球探测计划，并联合多国参与。2023年计划发射寻找月球南极水冰的“毒蛇号”（VIPER）月球车等。
1977年发射的“旅行者1号”（Voyager 1）、“旅行者2号”（Voyager 2）探测器已经飞出太阳系进入星际空间，截至2021年11月，二者已经距离地球将近230亿km。
2005年发射的“深度撞击号”（Deep Impact）任务飞行4.3亿km后，实现对坦普尔1号彗星核精准撞击探测。
2006年发射的“新地平线号”（New Horizons）探测器成功实现冥王星飞掠探测，正在快速飞离冥王星、进入柯依伯带中心地带。
美国已成功实施9次火星表面着陆探测，将5辆火星车带到火星表面，其中2020年发射的“毅力号”（Perseverance）火星车已经开展火星氧气制备等资源开发利用技术验证，所携带的“机智号”（Ingenuity）无人直升机实现在火星表面飞行。
“毅力号”火星车 来源：https://www.nasa.gov/
2011年发射的“朱诺号”（Juno）探测器实现对木星的环绕探测，传回大量木星极区和大红斑等科学探测数据。
2016年发射的“奥西里斯-REx”（OSIRIS-REx）探测器在贝努小行星上发现了水痕迹，并成功实现小行星采样，正在返回途中。
2018年发射的“帕克号”（Parker）太阳探测器，已成功穿过太阳大气层，第一次近距离“接触”到太阳。
2021年实施的“双小行星重定向测试”（DART）任务，意在开展小行星在轨撞击防护操控技术验证。
2021年成功发射“詹姆斯·韦伯”（James Webb）空间望远镜等空间探索项目，展示其在深空探测领域的领先地位。
