Το Project Gemini ήταν το δεύτερο επανδρωμένο διαστημικό πρόγραμμα της Αμερικής. Ο πρωταρχικός στόχος του ήταν να αναπτύξει τις τεχνικές και τον εξοπλισμό που χρειαζόταν για τη μεταγενέστερη προσγείωση στο φεγγάρι, κατά τη διάρκεια του προγράμματος Apollo. Η κάψουλα που χρησιμοποιήθηκε για το Project Gemini μπορούσε να χωρέσει δύο αστροναύτες, να παραμείνει σε τροχιά έως και δύο εβδομάδες, να πραγματοποιήσει διαστημικές πτήσεις και να προσδεθεί με άλλα διαστημόπλοια. Το Project Gemini περιελάμβανε τελικά έντεκα επανδρωμένες αποστολές, οι οποίες δοκίμασαν πράγματα όπως η αντοχή, η σύνδεση και οι ελιγμοί στο διάστημα.
Τα διαστημόπλοια Project Gemini εκτοξεύτηκαν με τον πύραυλο Titan II, έναν μετατρεπόμενο διηπειρωτικό βαλλιστικό πύραυλο. Το Titan II χρησιμοποιούσε υπεργολικά καύσιμα, υδραζίνη και τετροξείδιο του αζώτου, τα οποία αναφλέγονται κατά την επαφή. Η ίδια η κάψουλα Project Gemini ήταν πολύ μικρότερη από την κάψουλα Apollo και μπορούσε να χωρέσει μόνο δύο αστροναύτες σε πολύ περιορισμένες συνθήκες. Το μέγεθος του διαστημικού σκάφους περιορίστηκε από τη μάζα που θα μπορούσε να εκτοξευθεί σε τροχιά, καθώς και από την ανάγκη να εισέλθει ξανά με ασφάλεια μέσα στην κάψουλα.
Η κάψουλα Project Gemini ήταν η πρώτη που περιελάμβανε αποσπώμενες μονάδες. περιείχε μια μονάδα σέρβις για καύσιμα, ισχύ και υποστήριξη ζωής, μια μονάδα επανεισόδου για να επιβραδύνει την κάψουλα και να επιστρέψει στη Γη, και μια μονάδα εντολών για τους αστροναύτες. Η κάψουλα Gemini μπορούσε να χρησιμοποιήσει πυραύλους για να ελέγξει την κίνησή της γύρω από τη Γη και συχνά ελίσσονταν σε μια προσχεδιασμένη τροχιά για να συναντήσει ένα άλλο όχημα. Αρχικά, οι μπαταρίες χρησιμοποιήθηκαν για τροφοδοσία, αλλά οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου-οξυγόνου προστέθηκαν σε μεταγενέστερες αποστολές, οι πρώτες κυψέλες καυσίμου που πετάχτηκαν σε επανδρωμένο διαστημόπλοιο.
Αργότερα, οι αποστολές του Project Gemini επέδειξαν τα πρωτόκολλα για ελλιμενισμό σε τροχιά και χρησιμοποίησαν έναν πύραυλο Agena για να προωθηθούν σε υψηλότερη τροχιά. Η δραστηριότητα εκτός οχήματος (EVA), κοινώς γνωστή ως «διαστημικό περπάτημα», χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στο Project Gemini για να εργαστεί στο εξωτερικό του διαστημικού σκάφους. Οι αστροναύτες του Project Gemini παρέμειναν τελικά για έως και δύο εβδομάδες στο διάστημα, επιβεβαιώνοντας ότι το ανθρώπινο σώμα και ο εξοπλισμός του διαστημικού σκάφους μπορούσαν να αντέξουν κατά τη διάρκεια του μεγάλου ταξιδιού στη Σελήνη. Μετά την ολοκλήρωση του έργου Apollo, προτάθηκε μια μεγαλύτερη έκδοση του διαστημικού σκάφους Gemini για να μεταφέρει προμήθειες και ανθρώπους στο διάστημα, αλλά το σχέδιο ακυρώθηκε αργότερα.