2004年，对美国航天科技活动来说既是调整又是卓有成效的年度。在这一年，航天政策出现重大调整，火星探测热再度燃起，探索其他星球的飞行器相继升空……
为了确保美国在航天领域内的领先地位，布什总统1月14日公布了太空新计划，这一探索太阳系及太阳系外空间的载人和无人（机器人）的长期航天计划，拟最早于2005年前派人重返月球，建造可供人居住的永久性月球研究基地，利用月球基地，最终送宇航员登陆火星，乃至更遥远的宇宙空间。这意味着：美国已把载人航天计划从近地轨道进一步向更深远的太空推进。
2004年也可以说是个火星之年。先后顺利登陆火星的勇气号与机遇号火星探测车，在寻找火星是否有水方面，一路均有新发现。3月，机遇号火星车传来的数据表明，火星曾经是个有水的湿润的适宜生命存在的环境。4月，勇气号在其着陆区又发现火星上曾可能有水的新证据。6月，超期服役的勇气号在火星上发现浓缩盐，为火星曾有生命的推论提供了更为有力的证据。8月，勇气号在火星上发现有水流冲刷痕迹的河床，结合有关探测资料，可推断出火星曾有大量流动的水。除此之外，勇气号还于3月11日从火星上拍摄到了地球的照片，这是人类首次获得从其他行星表面拍摄到的地球照片。
在美国宇航局2004年筛选出的两项重点“新前沿科学任务”中，除了拟于2010年让机器人登陆月球南极，采集月球材料外，另一项任务是发射绕木星两极飞行的探测器，以深入研究这一气状行星。8月3日凌晨2点16分，“信使号”水星探测器升空，作为30年以来第一个绕水星轨道运行的飞行器，预计2011年抵达水星，对其展开科学探测，主要探测水星极地是否存在冰。
另外，私人太空游开始兴起，并有望成为现实。4月，美国宇航局首次给私人设计建造的火箭动力载人飞行器－太空船一号颁发为期1年的许可证。“太空船一号”先后于9月、10月两次成功升空，为未来私人航天之旅试飞、试航，并成功摘取了1000万美元的X大奖。
其他重要的事件还有，美国X－43A极速飞机成功试飞，创下世界新纪录。该机由美国宇航局研制的，采用冲压发动机的X－43A极速喷气式飞机，分别于2004年3月和11月成功进行了两次试飞，在第二次试飞时，最高时速达到11365公里，创下飞机时速的世界新纪录。美国防部拟最早在2025年为美军装备使用这种发动机的高超音速轰炸机，能在2小时内从美国本土飞抵全球任何目标。
除了火星和月球以外，无论是劳苦功高的哈勃太空望远镜，还是太阳风粒子，乃至土星，也都是美国宇航局关注的重点。
6月1日，美国宇航局宣布，将派远程控制机器人上天修理老化的哈勃太空望远镜，以延长“哈勃”的工作寿命。
9月8日，美国“起源”号探测器在对太阳风粒子进行了850天的收集后，将装有太阳风粒子的一个回收舱掷回地面，但由于回收舱上的降落伞没有打开，导致回收舱翻转着直接坠入沙漠，舱体裂开。但所收集的物质基本未受破坏，目前正对其进行研究。
6月12日，“卡西尼”号土星探测器历经7年多、约35亿公里的太空飞行，抵达距土卫九2000公里的最近点，13日开始近距离观测土星卫星，对土星及其光环和卫星进行观测研究，以了解太阳系演化过程。并于6月23日发布了“卡西尼”号所获土卫九探测数据的最新分析结果：土卫九可能是一个拥有40多亿年历史、产生于太阳系外围的原始天体。“卡西尼”号对土卫九的观测，是迄今对与“柯伊伯带”天体类似的太阳系外围居民进行的首次分析。接着卡西尼号于美国东部时间7月1日零时12分成功进入土星轨道，成为第一颗土星人造卫星，之后传回首批土星环照片，清晰显示了土星环的结构及边缘的更多细节。10月26日，“卡西尼”号第一次近距离飞过土卫六，使人类首次清晰地看到土卫六表面。从而有可能解决有关土卫六的诸多疑问，如是否存在液态甲烷湖泊，是否存在冰川山脉，是否有星体碰撞产生的陨石坑等。
随后的研究结论是：土卫六是一个地质活动活跃的天体，存在大量碳水化合物，并有存在液态水的迹象，这些给探索生命起源提供了有利条件。其表面存在的液态甲烷海洋的估计也得到了证实。
