主要任务是考察月球、月-地空间、行星和行星际空间，并进行航天器第二宇宙速度返回技术试验。从1964年4月到1970年10月共发射8个。其中有6个“探测器”向地面发回黑白、彩色的月球和地球照片，有4个“探测器”的着陆舱返回地球。发射“探测器”号时，首先将它与运载火箭末级的连接体送入停泊轨道，然后点燃末级火箭发动机，送往行星或行星际空间。

“探测器”1号～3号探测器质量890千克。“探测器”1号是金星探测器，1964年4月2日发射，在距离金星约10万千米处飞过金星。“探测器”2号是火星探测器，1964年11月30日发射，完成了行星际空间探测和试飞，在距离火星1500千米处飞过火星。“探测器”3号为行星际探测器，1965年7月18日发射，7月20日在距月面11600千米处飞过月球，最终进入日心轨道。它拍摄了25张月球照片，从而获得了月球背面完整的概貌图。为试验图像的远距离传输，“探测器”3号飞到距离地球220万千米时才开始向地球发回图像。

“探测器”3号

“探测器”4号～8号探测器质量为5600千克，是月球探测器，具备返回能力，采用“联盟”号载人飞船方案简化设计，由返回舱和服务舱组成，用于验证第二宇宙速度返回的技术。“探测器”4号于1968年3月2日发射，考察了近地空间较远的区域。“探测器”5号于1968年9月15日发射，17日进入绕月轨道，拍摄了月球照片，飞行中用龟和植物种子等进行了科学实验，以研究地球-月球-地球轨道飞行对生物的影响，并考察了月-地空间的物理特性。这次飞行首次解决了航天器在绕月飞行后沿弹道轨道以第二宇宙速度返回地球的技术问题，并完成了第一次在海上回收航天器的试验。“探测器”5号的着陆舱于同年9月21日沿弹道式返回轨道进入地球稠密大气层，减速后用降落伞溅落在印度洋上，把经过空间辐照等科学实验的龟和植物种子送回地面。“探测器”6号于1968年11月10日发射，11月17日返回舱采用跳跃式再入方式返回苏联境内。“探测器”7号和8号分别于1969年8月和1970年10月发射，除考察地月环境外，还试验高精度定向系统、载人飞船的辐射防护手段和返回技术。它们的着陆舱分别在苏联境内软着陆和在印度洋赤道西部地区溅落。