СА оснащён комплексом научной аппаратуры, включающим панорамный телефотометр для изучения оптических свойств и получения изображения поверхности в месте посадки (телефотометров на спускаемых аппаратах было по два, но и на Венере-9 и на Венере-10 не открылись крышки у одного из телефотометров, хотя сами камеры работали исправно); фотометр для измерения световых потоков в зелёных, жёлтых и красных лучах и в двух участках ИК лучей; фотометр для измерения яркости атмосферы в инфракрасном спектре и определения химического состава атмосферы методом спектрального анализа; датчики давления и температуры; акселерометры для измерения перегрузок на участке входа в атмосферу; масс-спектрометр для измерения химического состава атмосферы на высотах 63—34 км; анемометр для определения скорости ветра на поверхности планеты; гамма-спектрометр для определения содержания естественных радиоактивных элементов в венерианских породах; радиационный плотномер для определения плотности грунта в поверхностном слое планеты.
В полёте с «Венера-9» и «Венера-10» было проведено две коррекции траектории. За двое суток до подлёта к Венере от КА были отделены СА, которые совершили мягкую посадку (22 и 25 октября 1975) на невидимую в это время с Земли освещенную сторону Венеры.
После отделения СА космические аппараты были переведены на пролётные траектории, а затем выведены на орбиты искусственных спутников планеты. Для передачи научной информации была реализована необходимая баллистическая схема, обеспечившая требуемое пространство, взаимное положение КА и СА. Информация, полученная каждым СА, передавалась на свой КА, ставший к этому времени искусственным спутником Венеры, и ретранслировалась на Землю. СА вошёл в атмосферу планеты под углом 20—23°.
После аэродинамического торможения осуществлялся спуск на парашютах в течение 20 мин (для проведения исследования облачного слоя), затем был сброшен парашют и осуществлён быстрый спуск. Высокая плотность нижних слоёв атмосферы планеты позволяла осуществить относительно мягкую посадку, с сохранением работоспособности аппарата, используя в качестве тормоза только жестко закрепленное коническое аэродинамическое тормозное устройство и сопротивление самой конструкции. Исследования динамики облаков, с 26.10 по 25.12 1975 г. Панорамы (одним или двумя сканерами) снимались в 17 проходах близ перигесперия. Первая в мире съемка панорамы поверхности Венеры.