Globoka vesoljska sonda je dron vesoljske ladje, ki enosmerno potuje v globok vesolje, da zbere znanstvene informacije in jih odda nazaj na Zemljo. Sonde zbirajo dragoceno gradivo in so včasih tema javnega interesa. Nekateri primeri vključujejo vesoljski plovili Pioneer in Voyager, ki jih je izstrelila Nacionalna uprava za aeronavtiko in vesolje (NASA) v Združenih državah. Posamezni stroški za posamezno sondo so lahko zelo visoki, saj morajo raziskovalci načrtovati sisteme in komponente vsakič na novo, pri čemer uporabijo informacije, ki so se jih naučili iz prejšnjih uspehov in neuspehov.
Sonda nosi znanstvene instrumente, ki lahko beležijo podatke v številnih formatih. Sem spadajo kamere in senzorji za zajemanje sevanja, zanimivih izotopov, temperature in drugih podatkov. Sonda lahko redno prenaša podatke ali pa jo raziskovalci občasno kontaktirajo za prenos. Ko potuje, lahko signali postanejo šibkejši in sčasoma se sonda globokega vesolja ne bo odzvala na stik z Zemlje. Izgubljene sonde bodo še naprej potovale, morda milijone let.
Zasnova sonde za globoko vesolje mora vključevati težke obloge za zaščito. Raven sevanja je v vesolju zelo visoka in lahko moti sisteme na sondi. Poleg tega obstaja nevarnost trkov predmetov, ki jih je treba upoštevati. Raziskovalci ne želijo sprožiti sonde samo zato, da bi jo skoraj takoj izgubili zaradi nesreče. Težka obloga lahko zagotovi tudi izolacijo, saj je prostor zelo mrzel in številni električni sistemi ne bodo delovali pravilno v skrajnem mrazu globokega vesolja.
Izpolnjevanje potreb po oskrbi z energijo globoko vesoljske sonde je lahko zapletena naloga. Sonde uporabljajo sončne celice za proizvodnjo energije za napajanje svojih sistemov in se zanašajo tudi na radioizotopne toplotne generatorje, ki izkoriščajo toploto, ustvarjeno z jedrskim razpadom, za proizvodnjo energije. Sonda običajno tudi izklopi sisteme, ko niso potrebni. Sistemi za vodenje in nadzor ostanejo napajani, medtem ko so kamere in senzorji izklopljeni, dokler jih sistem znova ne vklopi.
Globoka vesoljska sonda ima tudi niz baterij. Litij-tionil kloridne baterije se običajno uporabljajo v misijah v globoki vesolj in roverjih, kot so tisti, ki so pristali na Marsu. Baterije imajo zelo veliko kapaciteto za shranjevanje. Dolgo trajanje delovanja lahko sčasoma povzroči znatne potrebe po energiji. Vesoljske agencije lahko naročijo razvoj baterij specializiranim podjetjem, ki so sposobna zadovoljiti potrebe po izjemno vzdržljivih baterijah velike zmogljivosti.