Participó activamente en el proyecto Apolo 11 en 1969 y en la misión Mariner 9 a Marte, la cual estaba diseñada para orbitar el planeta y de las cuales se dedujo que alguna vez pudo albergar vida. Igualmente formó parte de los proyectos Pionner y Voyager, sondas que, después de explorar los planetas más alejados del sistema solar, debían viajar indefinidamente por el universo. En cada una de estas naves Sagan incluyó un disco de oro con información acerca de la vida en la tierra, fotos, sonidos, saludos en distintas lenguas, y las ondas cerebrales de una mujer de la tierra (Ann Druyan, luego su esposa).