1977年8月20日，“旅行者2号”太空船从美国卡纳维拉尔角的肯尼迪太空中心用“大力神3E”型火箭发射升空，向着太阳系边缘飞奔而去。
“旅行者2号”的使命就是为了探测天王星。
1986年1月24日，“旅行者2号”在8年的漫长岁月和48亿千米的长途跋涉之后，才从距离天王星的最近点飞过。早在1985年11月24日，“旅行者2号”就开始了对天王星的探测，这种探测一直延续到1986年2月25日。当然最关键的探测是“旅行者2号”横穿天王星赤道面及卫星群的那6小时。
“旅行者2号”太空船共携带了12种科学仪器，用于拍摄、探测和研究它所飞临的行星及其卫星。美国宇航局从1985年初就开始准备。这次“旅行者2号”到地球的距离比接近土星时的距离远两倍，所以传送信息的无线电波强度减弱了1/4，传送速度也只有接近土星时的一半。为了能接收来自“旅行者2号”上的微弱电波，美国宇航局把位于澳大利亚堪培拉的64米天线与澳大利亚帕克斯天文台的64米天线联机工作，以提高整个深空跟踪网的接收能力。
1977年3月10日，出现了天王星掩恒星的罕见天象。美国、中国、澳大利亚、印度和南非的天文学家都对这一天象进行了深入研究，结果意外地发现天王星也有环带。
此后天文学家利用13次天王星掩恒星的机会，对天王星的环带进行了多次研究和反复调查。“旅行者2号”飞抵天王星之前，天文学家确认天王星共有9个环带。后来“旅行者2号”在成功地拍摄了天王星光环的同时，还详细考察了已知的5颗卫星，并同时发现了10颗新的卫星，送回许多令人叹为观止的精彩照片。从这些照片看，这5颗“老”卫星的地貌多彩多姿，可称得上是太阳系固体天体表面地形的缩影。
天卫四是天卫中最大的，它位于天王星的最外侧，直径1630千米。
天卫三在天卫中居第二，它位于天卫四内侧，直径1600千米。
天卫二的反照率在5颗“老”卫星中是最低的，因而也最暗，它的直径为1110千米。
天卫一在天卫中最明亮，它的直径为1330千米。
天卫五在5颗“老”卫星中最小，距离天王星也最近，直径500千米。
“旅行者2号”从1986年1月10日开始传送回天王星本体照片，以前天文学家预测天王星大气中氦的含量约为40％，但此次“旅行者2号”的观测资料表明，氦的含量约为10%～15％，其他大部分是氢，这个比例与木星的大气组成相似。
天王星环绕太阳公转的“姿态”非常特别，它的赤道面与轨道面的倾角是97°55′，因此在天王星的一年（相当于84个地球年）中，太阳光轮流照射在它的南极和北极。
“旅行者2号”还捕捉到天王星发出的射电波，确认天王星的自转周期是16小时48分。天王星发出射电波是由于磁力线附近的电子运动而产生的，这表明天王星有磁场存在。天王星的秘密破解了许多，但新的疑迷又会不断增加。要想清楚认识天王星，还要靠科学家长期不懈地努力。