Mariner 10 benutzte das speziell von den Jet Propulsion Laboratorys (JPL) entwickelte Basis Mariner-Design, um in Richtung Sonne zu fliegen. Das Raumfahrzeug wog 503 Kilogramm, inclusive 29 Kilogramm Treibstoff und 30 Kilogramm vom Adapter zwischen der Sonde und der Trägerrakete vom Typ Centaur.

Mariner 10 war in seiner Grundstruktur 1,39 Meter breit und jedes Solarsegel hatte eine Spannweite von 2,7 Metern.

Mariner 10 trug wissenschaftliche Experimente mit sich. Auch waren zwei Fernsehkameras, ein Infrarot-Radiometer, ein Extremes Ultraviolettes Spektrometer, Temperaturmesser, Magnetometer, Plasma-Fühler, ein Teleskop für geladene Partikelteilchen und ein Radiosender mit an Bord. Mariner 10 wurde am 10. November 1973 gestartet und flog zur Venus, auf die er im Januar 1974 traf, um dann zum Merkur weiter zu fliegen.

Mariner 10 traf insgesamt drei mal auf den Merkur, im März und September 1974 und im März 1975. Bis heute ist sie die einzige Sonde, die den am nächsten an der Sonne liegenden Planeten je besucht hat.