Космическият апарат на NASA Вояджър 2 е изстрелян от космодрума в Кейп Канаверал, Флорида, САЩ с ракета-носител Титан IIIE/Кентавър.

По време на старта поради грешка от наземния контрол не е изпратена команда за включване на главната антена на апарата и тя се деактивира. Впоследствие обаче използвайки резервната антена грешката е поправена.

Вояджър 2 се приближава максимално до Юпитер на 9 юли 1979 година, прелитайки на около 570 000 км над върховете на облаците на планетата. Минава близо до Европа и Ганимед, спътници, неизследвани по-рано от Вояджър 1. Открива няколко планетни пръстена около Юпитер, както и вулканична активност на спътника Йо. За пръв път е наблюдавана вулканична активност на друго небесно тяло.

Голямото червено петно е заснето като буря на повърхността на планетата, която се движи обратно на часовниковата стрелка. Проблясъци от други малки бури и вихрушки са наблюдавани през слоевете облаци.

Откриването на вулканизъм на Йо несъмнено е най-неочакваното откритие, свързано с Юпитер. Това е първият път, в който е засечен вулканизъм на друго небесно тяло в Слънчевата система. Двата апарата Вояджър наблюдават общо девет изригвания на вулкани на Йо, освен това има доказателства и за други през времето между преминаването на двата апарата.

Европа показва голям брой интересни линейни особености на снимките с ниска резолюция на Вояджър 2. Учените смятат, че това са дълбоки пукнатини, причинени от пропукване на кората или от тектонски движения.

Открити са два нови малки спътника: Адрастея и Метис, които обикалят точно зад планетните пръстени. Трети нов спътник, Тива, е открит между орбитите на Алматея и Йо.

Най-близко до Сатурн, апаратът се доближава на 25 август 1981 година. Траекторията му минава край спътниците Тетида и Енцелад.

Вояджър 2 изследва Сатурн със своя радар с цел установяване на температурни и плътностни профили на атмосферата на планетата. В най-горните слоеве на атмосферата отчетеното налягане е 70 милибара с температура 70 К, докато на най-дълбокото измерено ниво налягането достига 1200 милибара с температура 143 K. Температурата на северния полюс е с 10 K по-ниска, вероятно поради сезонни ефекти.

След преминаването на Сатурн, платформата на камерата на Вояджър 2 се заключва за кратко, което поставя първоначалните планове за разширяване на мисията до Уран и Нептун в опасност. За щастие екипът на мисията успява са оправи проблема, причинен от преизползване, което временно е изразходвало смазочния материал. Сондата продължава към Уран.

На 24 януари 1986 година апаратът достига максималното си приближение до Уран от около 107 000 км. По време на прелета са открити 10 нови спътника и са извършени наблюдения на атмосферата. Учените изучават деветте вече известни пръстена на планетата и откриват два нови.

Вояджър прелита на 48 000 км от повърхността на Нептун на 25 август 1989 г. Тъй като това е последната планета от програмата на апарата, траекторията му е променена за да изследва отблизо Тритон. След сближаването с него сондата напуска еклиптиката.

В атмосферата на Нептун е открито Голямото тъмно петно, което изчезва малко след това, според наблюденията направени с телескопа Хъбъл. Първоначално се смята за облак, но по-късно становището е променено на дупка в пласт облаци на планетата.

Откакто Международният астрономически съюз реши през 2006 г. да понижи Плутон в „планета-джудже“, прелитането покрай Нептун през 1989 г. става моментът, в който всяка планета от Слънчевата система е посещавана от космически апарат поне веднъж.

След края на планетните изследвания, Вояджър 2 е част от междузвездната мисия на NASA с цел установяване на условията отвъд хелиосферата.