Na prvý pohľad vyzerali, akoby ich urobila sonda Lunar Orbiter krúžiaca okolo Mesiaca. Povrch planéty totiž pokrývali krátery, rôzne rozsadliny a lávou vyplnené útvary, medzi ktorými dominovala gigantická panva Planina horúčavy (Caloris Plantia) s priemerom 1300 km (tento útvar poznáme iba z časti, pretože pri preletoch Marinera bola jeho väčšia časť skrytá na nočnej strane planéty. Jej pomenovanie je výstižné, pretože na poludnie v kotline dosahuje teplota 427 stupňov Celzia a s početnými valmi a zlomami sa podobá panve Východné more (Mare Orientale). Odchýlky dráhy letu sondy svedčili o hustote planéty podobnej Zemi, podporovali, samozrejme, úvahy odborníkov o kovovom jadre, ktoré sa podieľa približne 4/5 na celkovej hmotnosti Merkúra. Kým na Marse ani na Venuši do tých čias neobjavili prieskumné sondy nijaké magnetické pole, meracie prístroje Marinera 10 najmä pri treťom návrate ohlásili prítomnosť magnetického poľa šesťkrát slabšieho ako magnetické pole Zeme. Jeho pôvod ešte vždy čaká na presné vysvetlenie.
Po prelete sa sonda dostala na heliocentrickú dráhu s periódou rovnajúcou sa dvom obehom Merkúra okolo Slnka. Po dvojitej korekcii dráhy, uskutočnenej 10. Mája 1974, sa Mariner vrátil opäť k Merkúru a 21. Augusta preletel nad jeho povrchom po druhý raz, tentoraz nad osvetlenou časťou a vo výške 48 000 km. Celkove 500 snímok, ktoré sonda odoslala na Zem, zobrazilo predovšetkým časť južnej pologule. Po ďalšej korekcii dráhy (motor sa zapol na 3 sekundy) sa sonda vrátila k Merkúru po tretí raz a preletela tentoraz vo výške iba 319 km nad tmavou časťou planéty. Táto malá vzdialenosť bola zámerná, aby sa sonda ponorila čo najhlbšie do predpokladaného magnetického poľa a získala čo najpresnejšie výsledky merania. Získalo sa viac ako 1000 ďalších snímok, ktoré odborníci označili za najlepšie, aké Mariner 10 na Zem odoslal. Dali sa na nich rozoznať detaily veľké 45 m. Sonda odviedla obrovský kus práce, napríklad zo získaných snímok sa podarilo zostaviť pomerne presnú mapu asi 75 % celkového povrchu Merkúra. Teoreticky bolo možné uskutočniť ďalší návrat Marinera 10 k Merkúru a ďalšie stretnutie s touto podivuhodnou planétou, no vyčerpali sa zásoby plynu používaného v systéme orientácie a stabilizácie, preto boli 17 marca 1975 diaľkovým povelom vypnuté kamery a potom sa automaticky vypli i ostatné systémy. Výsledky tejto svojho času najzložitejšej medzinárodnej výpravy boli naozaj jedinečné. Zatiaľ chýba konkrétny plán na vyslanie podobnej výpravy k Merkúru.