Cette mission spatiale a pour objectif de ramener sur Terre des échantillons de la queue de la comète 81P/Wild, ainsi que des poussières interstellaires. La sonde est lancée le 7 février 1999 par une fusée Delta II puis a recours à l'assistance gravitationnelle de la Terre pour rejoindre sa cible.
Le 24 janvier 2004, Stardust traverse la queue de la comète en passant à moins de 236 km de son noyau et capture plusieurs milliers de particules dans un collecteur rempli d'aérogel. Ces échantillons reviennent sur Terre dans une capsule qui, après s'être détachée de la sonde, effectue une rentrée atmosphérique avant d'atterrir en douceur le 15 janvier 2006 dans le désert de l'Utah aux États-Unis.

Stardust est la première mission à ramener un échantillon d'un corps céleste autre que la Lune. Stardust.

Après avoir réussi sa mission vers la comète Wild, la sonde se verra confier une extension de mission pour survoler en 2011 une deuxième comète: Tempel 1. ce sera la mission NExT (NExT pour New Exploration of Tempel 1).