1980年11月13日和1981年8月26日，这对探测器分别飞近土星考察。旅行者1号掠过土星时，发现成千上万的光环群，形成一组交错在一起的环形彩带。旅行者1号还着重探测了原来认为是太阳系最大的一颗卫星——土卫六，但从拍回的照片上发现土卫六的直径只有4828公里，而不是过去认为的5760公里，因此判定它小于木卫三，从而退居为太阳系的第二大卫星。此外，还发现了土星的几颗新卫星。旅行者2号则对新发现的土星环和几个卫星作了近距离探测， 向地球发送回一万多张照片。
旅行者号探测器本身重816千克，携带有105千克科学探测仪器。它的主体是扁平的十面棱柱体，顶端装有一直径为3.7米的抛物面天线，左右两侧各伸出一根悬臂， 较长的一根是磁强计支柱，短的一根是科学仪器支架。探测仪器有10种，主要是行星及其卫星的摄像设备和各种空间环境探测设备。旅行者号的土星探测之行，初步揭示了土星家族的面貌。
目前，旅行者探测器都已飞出太阳系，飞向茫茫宇宙深处。 在考察了木星和土星后，旅行者1号开始飞离太阳系，而旅行者2号”不仅要像“旅行者1号”那样穿过火星轨道和危险的小行星带，相继与木星（1979年）和土星（1981年）交会，还要与天王星和海王星交会。这样即大大提高了太空船的利用率，又丰富了科学探测的内容要采用象“旅行者”1号和2号这样的飞行路线，179年才有一次适当的机会。
旅行者2号于1985年~1989年之间先后探测了天王星和海王星。天王星是于1781年3月13日被偶然发现的一颗神秘行星，距地球十分遥远，用天文望远镜观察它时，所看到的图像很模糊。旅行者2号经过8年的时间，航行了48亿千米之后，于1985年11月4日开始接近天王星。1986年1月24日，它从距天王星最近点飞过，然后仍继续观测到2月25日。在1988年1月24日17时59分，“旅行者”2号横穿距天王星赤道10.707万千米处，航行长达6个小时，仔细地观察了天王星的真面貌，拍摄了大量珍贵的照片。在如此近的距离上考察一颗距地球30亿千米远的天体，这还是第一次。
1989年8月24日，美国西部时间20时56分，“旅行者”2号继完成对天王星的探测任务之后，经过了12年的太空飞行，总航程达72亿千米，按预定计划飞临海王星北极的4827千米上空。自从1846年海王星被人们首次发现以来，直到1989年，用高倍率望远镜看它也只是一个不大的光点。“旅行者”2号飞临海王星上空一个月之前，它的摄像机镜头就开始对准海王星了，当它以每小时6万多千米的速度向海王星直奔而去，并在距海王星北极4827千米处的最近点掠过的过程中，就不断拍摄照片，并向地球发回了6000多张彩色照片，这些照片从离地球在 约45亿千米外发出，要到达地球即使是无线电波传输，也要走4小时零6分钟。在大屏幕前看到第一批海王星图片的科学家惊讶得不知所措。因为这是人类第一次看清了远在45亿千米之外的海王星。 除了科学仪器外，旅行者号探测器上还携带了一张镀金铜板声像片和一枚金刚石唱针，它可以在宇宙中保存10亿年，上面记录了用54种人类语言向外星智慧生物发出的问候语，还有117种地球上动植物的图形，以及长达90分钟的各国音乐录音，其中包括中国传统古琴名曲《高山流水》。这些地球之声将带着人类的期望回荡在宇宙空间。人们希望它在宇宙中漂流的漫长岁月里能遇上地外生命，而这张唱片则传达了来自地球人的信息。
旅行者一号一段发给外星人的电文：
这是一个来自遥远的小小星球的礼物，它是我们的声音、科学、形象、音乐、思想和感情的缩影，这个地球之音是为了在这个辽阔而令人敬畏的宇宙中给予我们的希望，我们的决心和我们对遥远世界的良好祝愿。
