Une sonde spatiale est un véhicule spatial sans équipage lancée pour étudier à plus ou moins grande distance les objets célestes qui se trouvent dans le Système solaire : planète, lune, comète, astéroïde) et le milieu interplanétaire ou interstellaire. Elle se distingue des autres engins spatiaux non habités qui restent en orbite terrestre. Les sondes spatiales peuvent prendre un grand nombre de formes pour remplir leur mission : orbiteur placé en orbite autour du corps céleste observé, atterrisseur qui explore in situ le sol de la planète cible. Une sonde peut emporter des engins autonomes pour accroître son champ d'investigation : sous-satellite, impacteur, rover, ballon.
Une sonde spatiale peut être amenée à franchir de grandes distances et à fonctionner loin de la Terre et du Soleil ce qui impose des dispositifs spécifiques. Elle doit disposer de suffisamment d'énergie dans des régions où le rayonnement solaire ne fournit plus qu'une énergie limitée, disposer d'une grande autonomie de décision car l'éloignement du centre de contrôle ne permet plus aux opérateurs humains de réagir en temps réel aux événements, résoudre des problèmes de télécommunications rendus difficiles par l'éloignement et résister au rayonnement et à des températures extrêmes qui malmènent l'électronique embarquée et ses mécanismes. Enfin pour parvenir à destination à un coût et dans des délais acceptables, la sonde spatiale est amenée à utiliser des méthodes sophistiquées de navigation et de propulsion : assistance gravitationnelle, aérofreinage, propulsion ionique.
Les premières sondes spatiales sont les sondes Luna lancées vers la Lune par l'Union soviétique en 1959. En 1961 l'Union Soviétique lance Venera la première sonde amenée à étudier une autre planète. La construction des sondes spatiales nécessite des connaissances techniques très spécifiques que seule la NASA maitrise complètement. L'Agence spatiale européenne (Mars Express, Venus Express, Rosetta, participation à la sonde