Le projet Gemini était le deuxième programme spatial habité américain. Son objectif principal était de développer les techniques et l’équipement nécessaires pour l’alunissage ultérieur, au cours du programme Apollo. La capsule utilisée pour le projet Gemini pourrait contenir deux astronautes, rester en orbite jusqu’à deux semaines, effectuer des vols spatiaux et s’amarrer avec d’autres engins spatiaux. Le projet Gemini a finalement inclus onze missions habitées, qui ont testé des choses telles que l’endurance, l’amarrage et les manœuvres dans l’espace.
Le vaisseau spatial Project Gemini a été lancé sur la fusée Titan II, un missile balistique intercontinental converti. Le Titan II utilisait des carburants hypergoliques, de l’hydrazine et du tétroxyde d’azote, qui s’enflammaient au contact. La capsule du projet Gemini elle-même était beaucoup plus petite que la capsule Apollo et ne pouvait contenir que deux astronautes dans des conditions très exiguës. La taille du vaisseau spatial était limitée par la masse qui pouvait être lancée en orbite, ainsi que par la nécessité de rentrer en toute sécurité à l’intérieur de la capsule.
La capsule Project Gemini a été la première à inclure des modules détachables ; il contenait un module de service pour le carburant, l’alimentation et le maintien de la vie, un module de rentrée pour ralentir la capsule et retourner sur Terre, et un module de commande pour les astronautes. La capsule Gemini pourrait utiliser des fusées pour contrôler son mouvement autour de la Terre, et manœuvrait souvent dans une orbite pré-planifiée pour rencontrer un autre véhicule. À l’origine, les batteries étaient utilisées pour l’alimentation, mais des piles à combustible hydrogène-oxygène ont été ajoutées lors de missions ultérieures, les premières piles à combustible à être embarquées sur un vaisseau spatial habité.
Les missions ultérieures du projet Gemini ont démontré les protocoles d’amarrage en orbite et ont utilisé une fusée Agena amarrée pour se propulser sur une orbite plus élevée. L’activité extra-véhiculaire (EVA), communément appelée marche dans l’espace, a été utilisée pour la première fois sur le projet Gemini pour travailler à l’extérieur du vaisseau spatial. Les astronautes du projet Gemini sont finalement restés jusqu’à deux semaines dans l’espace, vérifiant que le corps humain et l’équipement du vaisseau spatial pouvaient résister pendant le long voyage vers la Lune. Une fois le projet Apollo terminé, une version plus grande du vaisseau spatial Gemini a été proposée pour transporter des fournitures et des personnes dans l’espace, mais le plan a ensuite été abandonné.