Программа изучения верхних слоев атмосферы начала осуществляться с 1949 года. Для этого использовались зондирующие ракеты. В 1951 году были созданы метеорологические ракеты МР-1. Для исследования атмосферы также применялись модификации ракет Р-1, Р-2, Р-5 и других.
Первый советский ИСЗ был выведен на орбиту 4 октября 1957 года. Запуск первых трех спутников позволил получить ряд сведений фундаментального значения. Результаты легли в основу дальнейших программ научных исследований.
Эти исследования проводились с помощью КА серии «Космос». Первый спутник этой серии был запущен 16 марта 1962 года. До 2001 года было запущено 2376 КА серии «Космос». Спутники вели исследования верхних слоев атмосферы, ионосферы и космического пространства. Наряду с ними используются ИСЗ с сильно вытянутыми орбитами, выходящими за пределы магнитосферы Земли. С 1964 года запускались спутники серии «Электрон», а в апреле 1972 года начались запуски специализированных орбитальных солнечных обсерваторий «Прогноз». Для изучения фундаментальных физических процессов в середине 1960-х годов созданы тяжелые спутники «Протон». В программе исследований в области астрофизики, планетологии, геофизики, изучения Солнца также использовались спутники «Интербол», «Солнечный зонд», «Регата». Программа медико-биологических исследований реализуется с помощью спутников «Бион». Большое практическое значение имеют многочисленные спутники связи («Молния», «Радуга», «Экран», «Горизонт», «Аркос»). Созданы системы космического зондирования и мониторинга за состоянием поверхности и атмосферы Земли («Метеор»). Созданы системы глобального наблюдения и предупреждения о ракетном нападении. Широко используются космические системы навигации, геодезии и другие.