Для получения карты поверхности Венеры тоже применяют радар, волны которого проникают сквозь облака. При этом использу-ются два радиотелескопа, эффект Доплера (вызванный вращением планеты) и разница в задержке сигнала, отраженного от ближних и далеких частей полушария планеты. Первые радарные карты Венеры составил в 1962 и 1964 годах Р. Карпентер. Он выявил некоторые области на поверхности с различными радиосвойствами. Первые радарные карты высокого разрешения, около 20 км, были получены в 1972 году с помощью 300-метрового радиотелескопа в Аресибо. Это сделали Д. Б. Кэмпбелл и Р. Б. Дис из Аресибо и Гордон X. Петтенгилл из Массачусетского технологического института.
В 1961–1962 годах началась космическая гонка автоматических зондов к Венере. Первые запуски — «Венера-1» и пара «Спутников» (СССР), а также «Маринер-1» (США) — оказались неудачными. Первым аппаратом, передавшим данные из окрестностей Венеры, стал «Маринер-2». Он был запущен в 1962 году и, пройдя на расстоянии 35 000 км от Венеры, подтвердил высокую температуру ее поверхности, высокое давление атмосферы, состоящей из двуокиси углерода, и наличие постоянного облачного покрова на высоте 6о км. Гонка была захватывающей: несколько последующих запусков советских зондов закончились неудачей. В июне 1967 года Советский Союз запустил «Венеру-4», которая смогла, опускаясь на парашюте, передавать данные до высоты 25 км. Это был первый зонд, измерявший характеристики Венеры непосредственно в ее атмосфере. Через два дня был запущен «Маринер-5», пролетевший на высоте 4000 км над Венерой.
В 1969 году «Венера-5 и -6» детально измерили атмосферные характеристики. В следующем году «Венера-7» стала первым космическим зондом, передавшим на Землю данные с поверхности другой планеты. Следующие зонды серии «Венера» тоже работали успешно. «Венера-8» подтвердила высокую температуру и давление атмосферы у поверхности, определенные «Венерой-7». В 1975 году «Венера-9 и -10» измерили разные параметры атмосферы и передали на Землю первые телевизионные изображения поверхности Венеры. Следующие советские экспедиции «Венера-11 и -12», а затем и «Венера-13 и -14» обнаружили гром и молнии, а также измерили минеральный состав поверхности. Два последних зонда с названием «Венера» — 15 и 16, — запущенные в 1983 году, были выведены на орбиту вокруг Венеры и составили радарную карту части ее поверхности. Тем временем США послали к Венере два зонда «Пионер», которые повторили или предварили многие советские измерения. Две советские экспедиции к комете Галлея, «Вега-1 и -2», имели на борту посадочные аппараты с аэростатами для исследования атмосферы Венеры. В 1989 году США запустили зонд «Магеллан», который составил детальную радиокарту 84 % поверхности планеты. В 2005 году Европейское космическое агентство (ЕКА) запустило на полярную орбиту вокруг Венеры зонд «Венера Экспресс» для проведения детального исследования атмосферы планеты и ее взаимодействия с солнечным ветром. С периодом 24 часа зонд приближается к поверхности Венеры на 250 км, а затем удаляется на 66 000 км.
По результатам этих экспедиций можно сделать некоторые выводы. Размер Венеры почти такой же, как у Земли, — радиус 6052 км. Расстояние Венеры от Солнца равно 0,72 а. е. Учитывая только эту близость к Солнцу, можно было бы ожидать, что температура на планете будет на 18 % выше земной. Без парникового эффекта это были бы комфортные 33 °C. Однако измеренная несколькими зондами температура у поверхности в среднем равна 464 °C, выше точки плавления свинца (328 °C), причем она почти не меняется от места к месту. Среднее давление на поверхности равно 92 бара, в 90 раз больше, чем на Земле, и в 10 000 раз больше, чем на Марсе. Поскольку экватор лежит почти в плоскости орбиты, сезонов там нет. Толстая атмосфера сглаживает колебания температур между продолжительными днями и ночами, длящимися примерно по четверти орбитального периода.
Поверхность Венеры лишена значительных ударных кратеров, границ тектонических плит и горных цепей; то есть выглядит она сравнительно молодой. Тектоническая активность там проявляется в форме нескольких вулканов. Похоже, что кора Венеры гораздо тоньше земной, и вероятно, местами она время от времени плавится. У поверхности атмосфера содержит 97 % двуокиси углерода и 3 % азота. Воды очень мало: 20 частей на миллион. Кислород зарегистрирован только в верхних слоях атмосферы, где он, как полагают, образуется при фотодиссоциации CO2.
Может ли на Венере существовать жизнь? В 1950-е годы некоторые все еще представляли ее как влажный и покрытый облаками мир, служивший источником вдохновения для писателей-фантастов. Но наземные наблюдения и в особенности измерения с помощью первых космических зондов разрушили представления о «планете богини любви» как о весьма уютном для жизни месте.