Lancement depuis Cap Kennedy à 13 h 22 (TU) par une fuséee Atlas Agena qui place la sonde sur une orbite basse à 185 Km de la Terre. Puis transfert sur orbite solaire 148,35/236,44 Gm inclinée à 0,8° et décrite en 528 jours. La correction de trajectoire intervient le 5 décembre ,fonctionnement du moteur pendant 20,07 s, elle transfère la sonde sur une orbite 148,42/237,23 Gm inclinée à 0,75° et décrite en 529 jours ce qui permet à la sonde de passer le 15
juillet 1965 à 9846 Km de Mars. Mariner 4 est la doublure de Mariner 3, sa masse étant à peine supérieure, 260 Kg au lieu de 256. Il est constitué, par un corps prismatique octogonal en alumunium-magnésium, possèdant 8 compartiments, flanqué de 4 panneaux solaires de 1,8 m de longueur et de 80 cm de largeur. Ces panneaux sont équipés de 28 224 cellules solaires, fournissant 325 W près de Mars, qui permettent de maintenir chargée, une batterie zinc/argent de 18 éléments d'une capacité de 1200 Ah.
L'engin comporte :
- Un moteur de manoeuvre alimenté par de l'hydrazine, créant une poussée maximale de 23 Kg, il peut fonctionner pendant une durée comprise entre 0,05 et 100 s et autoriser une impulsion maximale de 200 m/s.
- Un système de navigation astral, basé sur la visée du Soleil et de Canopus.
- Un système de stabilisation à la fois passif, gyroscope, et actif, émission d'azote par douze éjecteurs placés aux extrémités des panneaux solaires.
- Une caméra solidaire d'un téléscope Cassegrain ayant un champ de 1,05°x1,05° avec une ouverture à f/8.
- Un magnétomètre de 32 Kg, dont les indications ne pourront être considérées comme significatives.
- Un détecteur de micrométéorites de 0,9 Kg, elles sont écoutées au moyen d'une plaque d'aluminium et d'un microphone.
- Une sonde à plasma de 3,1 Kg constituée par une sphère métallique contenant de l'argon, qui cessera de fonctionner le 17 mars.
- Un détecteur de particules de 1 Kg, dont le rôle aurait été de mettre en évidence d'éventuelles ceintures de radiations autour de Mars.
Les liaisons avec la Terre, émissions sur 2995 Mhz, réception sur 2113 Mhz, sont assurés par un émetteur de 10 W. L'engin comporte une antenne à grand gain, 23 dB, assurés par un réflecteur elliptique en nid d'abeille de 1,16x0,53 m, et une antenne à gain moyen portée par une tige d'aluminium longue de 2,24 m. Aprés le survol de Mars, Mariner 4 se trouve placé sur une orbite solaire 165,01/235,01 Gm inclinée à 2°32,5' et décrite en 587 jours, le périhélie étant atteint le 7 juin 1966. Cette nouvelle orbite permet à la sonde de repasser à une distance minimale de la Terre, 46 940 066 Km, le 8 septembre 1967. Mais le 10 décembre, Mariner 4 se tait à jamais, probablement victime d'une météorite.