Proiectul Gemini a fost al doilea program spațial cu echipaj al Americii. Scopul său principal a fost să dezvolte tehnicile și echipamentele necesare pentru aterizarea ulterioară pe Lună, în timpul programului Apollo. Capsula folosită pentru Proiectul Gemini ar putea să țină doi astronauți, să rămână pe orbită timp de până la două săptămâni, să efectueze zboruri spațiale și să se acopere cu alte nave spațiale. Proiectul Gemini a inclus în cele din urmă unsprezece misiuni cu echipaj, care au testat lucruri precum rezistența, andocarea și manevrele în spațiul cosmic.
Navele spațiale Project Gemini au fost lansate pe racheta Titan II, o rachetă balistică intercontinentală transformată. Titan II folosea combustibili hipergolici, hidrazină și tetroxid de azot, care se aprind la contact. Capsula Project Gemini în sine era mult mai mică decât capsula Apollo și putea ține doar doi astronauți în condiții foarte înghesuite. Dimensiunea navei spațiale a fost limitată de masa care putea fi lansată pe orbită, precum și de nevoia de a reintra în siguranță în interiorul capsulei.
Capsula Project Gemini a fost prima care a inclus module detașabile; conținea un modul de service pentru combustibil, putere și suport vital, un modul de reintrare pentru a încetini capsula și a reveni pe Pământ și un modul de comandă pentru astronauți. Capsula Gemeni ar putea folosi rachete pentru a-și controla mișcarea în jurul Pământului și, adesea, a manevrat într-o orbită pre-planificată pentru a se întâlni cu un alt vehicul. Inițial, bateriile au fost folosite pentru alimentare, dar pile de combustibil cu hidrogen-oxigen au fost adăugate în misiunile ulterioare, primele celule de combustibil care au fost zburate pe o navă spațială cu echipaj.
Misiunile ulterioare ale Proiectului Gemini au demonstrat protocoalele de andocare pe orbită și au folosit o rachetă Agena andocată pentru a ajunge pe o orbită mai înaltă. Activitatea extra-vehiculară (EVA), cunoscută în mod obișnuit sub denumirea de „mers în spațiu”, a fost folosită pentru prima dată în Proiectul Gemini pentru a lucra în exteriorul navei spațiale. În cele din urmă, astronauții din Proiectul Gemeni au rămas până la două săptămâni în spațiu, verificând că corpul uman și echipamentele navei spațiale ar putea rezista în timpul călătoriei lungi către Lună. După finalizarea proiectului Apollo, a fost propusă o versiune mai mare a navei spațiale Gemini pentru a transporta provizii și oameni în spațiu, dar planul a fost mai târziu abandonat.