Pioneer 5 miał badać przestrzeń międzyplanetarną pomiędzy Wenus a Ziemią, m.in. badać wiatr słoneczny, jonizację materii, wykonać pierwszą mapę pola magnetycznego przestrzeni między planetami. Jego celem miało być też przetestowanie systemu dalekiej łączności z Ziemią dla sond kosmicznych. Statek działał przez 106 dni. Przez 138,9 godzin transmisji nadesłał ponad 3 Mb danych. Większość danych odebrały stacje naziemne w Manchesterze i na Hawajach. Pioneer 5 pracował normalnie do 30 kwietnia 1960. Wtedy to przełączono komunikację ze statkiem na nadajnik dużej mocy, 150 W. Było to konieczne, gdyż radioteleskop Jodrell Bank w Manchesterze tracił stale słabnący sygnał. Wtedy też odkryto, że 28 pokładowych akumulatorów, niezbędnych do pracy nadajnika, było nieszczelnych i powoli emitowało swoją zawartość w przestrzeń kosmiczną. Od tej pory utrzymywano jedynie sporadyczny kontakt z sondą. Statek wykonał ostatnią transmisję z rekordowej wówczas odległości 36,4 mln km, w dniu 26 czerwca 1960. 10 sierpnia 1960 statek przeszedł przez peryhelium (punkt wstępujący orbity: 349,712°;