40-45% powierzchni planety (wskutek powolnej rotacji Merkurego, pozostała część podczas wszystkich przelotów Marinera pozostawała ukryta w ciemnościach), zaś wskazania umieszczonego na niej radiometru ukazały, że w nocy temperatura na Merkurym wynosi zaledwie –183 °C, natomiast w ciągu dnia wzrasta do maksymalnie 187 °C. Z kolei magnetometr Marinera wykazał, że planeta posiada słabe pole magnetyczne. Dane odebrane z sondy dowiodły, że Merkury posiada duże, bogate w żelazo jądro. Otrzymano ponad 2500 zdjęć powierzchni Merkurego. Ich zdolność rozdzielcza była mniej więcej taka sama, jak fotografii Księżyca wykonywanych przez teleskopy na Ziemi. Zostały one wykorzystane nie tylko do poznania wyglądu powierzchni Merkurego, ale również ustalenia usytuowania osi obrotu planety.
Pierwsze spotkanie Marinera 10 z Merkurym miało miejsce 29 marca 1974 o godzinie 20:47 czasu uniwersalnego w odległości 703 kilometrów. Po obiegnięciu Słońca, podczas gdy planeta wykonała dwa okrążenia, sonda ponownie przeleciała obok Merkurego 21 września 1974, tym razem w większej odległości 48 069 km. Trzecie, ostatnie i zarazem największe zbliżenie Mariner 10 wykonał 16 marca 1975 w odległości tylko 327 km.