«Пионер-10» стал первым космическим аппаратом, совершившим пролёт вблизи Юпитера и сфотографировавшим планету, а также первым аппаратом, развившим достаточную скорость для преодоления силы притяжения Солнца.
Запущен носителем Атлас-Центавр. В феврале 1973 года «Пионер-10» впервые пересёк пояс астероидов, исследовав два астероида и обнаружив пылевой пояс ближе к Юпитеру. Аппарат пролетел на расстоянии 132 тыс. км от облаков Юпитера 4 декабря 1973 года. Были получены данные о составе атмосферы Юпитера, уточнена масса планеты, измерено её магнитное поле, а также установлено, что общий тепловой поток от Юпитера в 2,5 раза превышает энергию, получаемую планетой от Солнца. «Пионер-10» также позволил уточнить плотность четырёх крупнейших спутников Юпитера.
В 1976 году аппарат пересёк орбиту Сатурна, а в 1979 году — орбиту Урана. 25 апреля 1983 года станция миновала орбиту Плутона, который был в то время ближе Нептуна к Солнцу. 13 июня 1983 года аппарат первым пересёк орбиту самой далёкой планеты Солнечной системы — Нептуна. Официально миссия «Пионера-10» закончилась 31 марта 1997 года, когда он достиг расстояния 67 а. е. от Солнца, хотя аппарат продолжал передавать данные. 17 февраля 1998 года, на расстоянии 69,419 а. е. «Пионер-10» перестал быть самым удалённым от Земли рукотворным объектом, так как его обогнал космический аппарат «Вояджер-1».
Последний успешный приём данных телеметрии от «Пионера-10» состоялся 27 апреля 2002 года. Последний очень слабый сигнал от «Пионера-10» был получен 23 января 2003 года, с расстояния свыше 12 миллиардов километров от Земли. Сообщалось, что аппарат направляется в сторону Альдебарана. Если с ним ничего не случится по пути, его путешествие до окрестностей этой звезды продлится более 2 миллионов лет.
