A exploração de Mercúrio tem sido descurada, no que à exploração espacial diz respeito, o que faz com que o planeta seja o menos explorado do sistema solar. As missões espaciais concretizadas foram apenas para fazer observações mais próximas do planeta.
A sonda espacial Messenger realizou uma missão a Mercúrio a 14 de janeiro de 2008 para investigar observações feitas por uma outra sonda espacial, a Mariner 10, em 1975. Uma terceira missão espacial com destino a Mercúrio, a BepiColombo incluirá duas sondas espaciais sendo uma missão conjunta entre a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA). Os dados recolhidos pelas sondas Messenger e BepiColombo têm a intenção de complementar informações que permitam aos cientistas entender melhor muitos dos mistérios descobertos neste planeta.
Mercúrio não tem sido o foco primário dos programas espaciais realizados, uma vez que tem pouco a oferecer. Sendo o planeta mais próximo do Sol, apresenta uma velocidade de rotação muito baixa e a temperatura da superfície apresenta uma grande oscilação, variando de 427 °C (801 °F) a -173 °C (-279 °F).
É também necessário referir que para chegar ao planeta Mercúrio é necessário ultrapassar desafios técnicos significativos. Uma sonda espacial que pretenda executar tal tarefa precisa de viajar 91 milhões de quilómetros e realizar uma grande mudança de velocidade para entrar na órbita que passa perto de Mercúrio.
A primeira sonda espacial a visitar mercúrio foi a sonda Mariner 10 da NASA (1974–75) que utilizou a força da gravidade do planeta Vénus para ajustar a sua velocidade orbital para que pudesse aproximar-se de Mercúrio, tornando-se a primeira nave espacial a utilizar o efeito da gravidade assistida e a realizar uma missão de visita a múltiplos planetas.
A sonda forneceu as primeiras imagens aproximadas da superfície mercuriana, que imediatamente mostraram a sua natureza repleta de crateras, revelando também muitos outros tipos de características geológicas, tais como declives gigantes que foram posteriormente atribuídos ao efeito do planeta vagarosamente encolhendo em função do arrefecimento do seu núcleo de ferro.
Infelizmente, devido ao comprimento do período orbital da Mariner 10, a mesma face do planeta estava iluminada a cada aproximação da sonda tornando impossível a observação de ambos os lados do planeta fazendo com que fosse cartografada apenas cerca de 45% da superfície planetária.
A sonda realizou três aproximações ao planeta Mercúrio, e a mais próxima passou a uma distância de 327 km da sua superfície. Na primeira aproximação, os instrumentos detetaram um campo magnético, para a surpresa geral dos geólogos planetários – esperava-se que a rotação mercuriana fosse muito lenta para gerar um efeito dínamo significativo. A segunda aproximação foi utilizada primariamente para obtenção de imagens e a terceira para uma extensiva recolha de dados sobre o campo magnético. Os dados revelaram que o campo magnético é semelhante ao terrestre, defletindo o vento solar em torno do planeta.
Poucos dias após sua aproximação final, a sonda esgotou o seu combustível e então deixou de ser possível controlá-la, pelo que foi desligada a 24 de março de 1975.
A sonda provavelmente ainda está em órbita em torno do Sol, passando próximo do planeta Mercúrio com um frequência de poucos meses.
Uma segunda missão da NASA para Mercúrio, nomeada MESSENGER (acrónimo de MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) foi lançada no dia 3 de agosto de 2004 a partir do Cabo Canaveral a bordo do foguete Delta II, orbitando a Terra em agosto de 2005, e Vénus em outubro de 2006 e junho de 2007 de modo a estabelecer uma trajetória correta para alcançar a órbita mercuriana. O primeiro sobrevoo em Mercúrio aconteceu no dia 14 de janeiro de 2008 e um segundo em 6 de outubro de 2008, e um terceiro em 29 de setembro de 2009. Essas aproximações serviram como ajustes finos para a sonda obter dados, entrando finalmente em órbita do planeta em março de 2011.
A manobra com os foguetes para inserir a MESSENGER na órbita de Mercúrio começou a 18 de março de 2011. Durou cerca de 15 minutos. Em março de 2011, a NASA publicou as primeiras fotos de Mercúrio tiradas durante a órbita da MESSENGER. A órbita da MESSENGER em torno de Mercúrio é bastante elíptica. No seu ponto mais próximo do planeta, a sonda está a uma altitude de 200 km e, no ponto mais afastado, a cerca de 15 000 km de distância. O plano da órbita é inclinado 80 graus em relação ao plano equatorial de Mercúrio. A sonda completa uma volta a cada 12 horas.
No dia 5 de outubro de 2011, os resultados científicos obtidos pela MESSENGER durante os primeiros seis meses terrestres em órbita foram apresentados no European Planetary Science Congress em Nantes, França. Entre as descobertas apresentadas destacou-se a elevada concentração de magnésio e cálcio encontrada no lado noturno de Mercúrio, e o facto de que o campo magnético de Mercúrio está deslocado para o norte do centro do planeta.
Em novembro de 2011, a NASA anunciou que a missão MESSENGER seria prolongada por mais um ano. Esse prazo iniciou-se a 17 de março de 2012, e continuou até 2013. Entre 16 de abril e 20 de abril de 2012, a MESSENGER realizou uma série de manobras com os seus foguetes, colocando-a numa órbita de oito dias. Em novembro de 2012, a NASA anunciou que a MESSENGER descobriu gelo de água e compostos orgânicos em crateras que nunca recebem luz solar no polo norte de Mercúrio.
A sonda MESSENGER poderá futuramente ter a companhia de uma sonda denominada BepiColombo, construída em cooperação entre ESA e a JAXA. As duas agências programaram o lançamento para 2015, em que duas sondas serão colocadas em órbita de Mercúrio, uma para cartografar o planeta e a outra para estudar a sua magnetosfera.
A missão recebeu o nome em homenagem ao matemático e engenheiro italiano Giuseppe Colombo (1920-1984), que determinou para a NASA a trajetória que a sonda Mariner 10 deveria seguir para orbitar Mercúrio por três vezes. Uma vez lançada, estima-se que possa chegar ao planeta Mercúrio em 2019. Ambas as sondas irão operar por um ano terreste. A sonda que realizará a operação de cartografia estará equipada com espectrómetros semelhantes ao da MESSENGER, que irão estudar o planeta em vários comprimentos de onda incluindo infravermelho, ultravioleta, raios X e radiação gama.
Consultar também: O planeta Mercúrio