Lancée le 18 mai 1969, Apollo 10 fut la quatrième mission habitée du programme Apollo et a servi de répétition générale pour le premier alunissage d’Apollo 11. Elle fut la première à effectuer une simulation complète d’une mission lunaire, à l’exception de l’atterrissage lui-même.
Le module de commande (CSM) et le module lunaire (LM) ont été envoyés ensemble en direction de la Lune. Après avoir atteint une orbite lunaire de 31 révolutions sur une durée de plus de 61 heures, l’équipage a procédé à une séparation en orbite lunaire, permettant au module lunaire de descendre jusqu’à 15 km d’altitude seulement au-dessus de la surface. Cette zone critique, appelée "zone de démonstration", permettait de valider les performances et les limites du LM sans réaliser de véritable alunissage.
Tous les systèmes du module lunaire ont été testés en conditions réelles : moteur de descente et de remontée, communications, radar d’atterrissage, propulsion et contrôle d’attitude. Ce fut également la première mission à effectuer une manœuvre de séparation et de rendez-vous entre le LM et le CSM en orbite lunaire, avec un amarrage réussi après une phase de vol autonome.
L’équipage a capturé de nombreuses photographies en gros plan de la surface lunaire, en particulier de potentiels sites d’atterrissage pour Apollo 11. Le comportement des deux modules dans le champ gravitationnel lunaire a été évalué avec succès, y compris pour la navigation lunaire en configuration séparée.
Apollo 10 fut aussi la première mission à diffuser des images en couleur en direct depuis l’espace, ajoutant un impact médiatique à une mission déjà spectaculaire sur le plan technique.