Gemini 4 (oficiálne Gemini IV) bol druhý americký pilotovaný kozmický let v rámci programu Gemini. Zároveň išlo o prvý americký let do vesmíru, ktorý riadilo Stredisko pilotovaných letov (Manned Spacecraft Center) v Houstone. Predchádzajúce lety riadilo Stredisko riadenia vesmírnych letov (Mission Control Center) na Cape Kennedy. Hlavným cieľom misie bolo pokúsiť sa o priblíženie a let vo formácii s druhým stupňom nosnej rakety Titan, vykonať prvý americký výstup do otvoreného vesmíru a dlhodobý let s trvaním štyri dni, počas ktorých sa mali skúmať reakcie ľudského organizmu na dlhší pobyt v beztiažovom stave. Priblíženie k druhému stupňu sa síce nepodarilo podľa plánu, ale astronaut Edward White sa počas tejto misie stal prvým Američanom (a celkovo len druhým človekom po sovietskom kozmonautovi Alexejovi Leonovovi), ktorý vystúpil do otvoreného vesmíru. Po štvordňovom lete boli astronauti unavení, ale inak v dobrej kondícii. Misia tak otvorila cestu ďalším a ešte dlhším dlhodobým letom.
Posádka James A. McDivitt (1), veliaci pilot Edward H. White II (1), pilot
Záložná posádka Frank F. Borman II, veliaci pilot James A. Lovell, Jr., pilot
Podporná posádka Virgil I. „Gus“ Grissom (Houston CAPCOM) Roger B. Chaffee (CAPCOM) Eugene A. Cernan (CAPCOM)
Prípravy na let Dňa 27. júla 1964 NASA zverejnila zloženie posádky druhého pilotovaného letu programu Gemini. Veliacim pilotom misie sa stal James McDivitt a pilotom Edward White. Obaja boli nováčikmi z tzv. novej deviatky astronautov (The New Nine) a veľmi dobre spolu vychádzali. V záložnej posádke sa začali pripravovať Frank Borman a Jim Lovell, tiež z novej deviatky. Na tlačovej konferencii, počas ktorej bola predstavená hlavná a záložná posádka misie Gemini 4, sa zástupca šéfa Gemini Project Office Ken Kleinknecht zmienil o možnosti, ktorá v predbežných plánoch figurovala od januára toho roka, že by počas letu jeden z členov posádky otvoril svoj poklop a vysunul hlavu von z lode. V tejto fáze nevyhlásených vesmírnych pretekov medzi Spojenými štátmi a Sovietskym zväzom by šlo o významné prvenstvo pre USA, ale paradoxné je, že novinári vtedy tomuto bodu nevenovali zvláštnu pozornosť.
thumb|left|James McDivitt (vľavo) a Edward White počas predletových príprav, 7. máj 1965
Ohľadom výstupu do otvoreného vesmíru (extravehicular activity, EVA) boli v NASA v tom čase nejednoznačné názory. Všeobecne však prevládalo presvedčenie, že celá záležitosť sa musí preveriť vo vákuovej komore. Takisto dôvera v skafandre nebola vtedy ešte príliš vysoká. Skúšky posádky Gemini 3 síce preukázali, že výstup do otvoreného vesmíru v stoji (stand-up EVA, SEVA) je možné uskutočniť, ale s miernou modifikáciou poklopu, pretože pri skúškach vo vákuovej komore sa ho dalo uzavrieť len veľmi ťažko, a to v komore bola simulovaná výška len 12 km, nehovoriac o takmer absolútnom vákuu. Začiatkom roka 1965 začala hlavná a záložná posádka misie Gemini 4 nacvičovať činnosti potrebné na SEVA, ale ešte stále sa definitívne nerozhodlo, či bude tento bod v letovom pláne misie. Vedenie Gemini Program Office a Strediska pilotovaných letov (Manned Spacecraft Center) sa nevedelo rozhodnúť, či predpokladané riziko za to stojí. Až 12. marca Dr. Robert R. Gilruth, riaditeľ Strediska pilotovaných letov, povolil nácviky vo vákuovej komore, s ktorými sa začalo 20. marca. Medzitým sa však odohrala udalosť, ktorá všetkých prinútila k zamysleniu a prehodnoteniu doterajších plánov misie Gemini 4. Dňa 18. marca 1965 vyštartovala zo sovietskeho kozmodrómu Bajkonur na obežnú dráhu Zeme kozmická loď Voschod 2. Kozmonaut Alexej Leonov sa pri tomto lete stal prvým človekom, ktorý vystúpil z lode do otvoreného vesmíru a vrátil sa späť. Američania však vtedy nemohli vedieť, aké problémy mal pri návrate do kabíny a že sa mu to podarilo len vďaka jeho veľmi dobrej fyzickej kondícii. Každopádne prežil a rozsah jeho výstupu značne prekonával výstup do otvoreného vesmíru v stoji, ktorý plánovala NASA.
Táto udalosť spôsobila, že NASA sa v otázke vykonania výstupu do otvoreného vesmíru konečne rozhýbala. Na 29. marca Gilruth zvolal schôdzu pracovníkov, ktorí viedli oddelenia zaoberajúce sa letovými operáciami a systémovou divíziou. Na stretnutí sa prezentovala súprava na zabezpečenie životných podmienok astronauta počas pobytu mimo loď. Keďže bola pripevnená na skafandri v oblasti hrudníka, hovorilo sa jej chestpack. Na schôdzi bol predstavený aj prototyp ručnej manévrovacej pištole HHMU (Hand-Held Maneuvering Unit), ktorá mala astronautovi uľahčiť pohyb v otvorenom vesmíre. Spomínané vybavenie už bolo v pokročilej fáze vývoja a nič nebránilo tomu, aby sa počas misie Gemini 4 mohol uskutočniť plnohodnotný výstup do otvoreného vesmíru. Spočiatku bolo ťažké o tom presvedčiť vedenie NASA, ale 25. mája to vtedajší riaditeľ agentúry James Webb nakoniec odsúhlasil. Astronaut Edward White sa medzitým v relatívnej tajnosti a pri absencii publicity pripravoval na výstup. Dňa 21. mája bol vydaný press kit, čiže informačný balíček pre novinárov, ktorý obsahoval stručnú zmienku o plánovanom výstupe bez akýchkoľvek detailov s tým, že definitívne potvrdenie môže prísť až v deň štartu. V rovnaký deň, kedy Webb oficiálne schválil uskutočnenie výstupu, sa však médiá dozvedeli, že EVA je plnohodnotnou súčasťou letového plánu Gemini 4. Kozmická loď Gemini 4 bola prvou americkou loďou, ktorá nemala žiadne vlastné meno. McDivitt a White chceli svoju loď pomenovať American Eagle (Americký orol), ale potom, čo Gus Grissom tvrdohlavo presadil ironický názov Molly Brown pre loď Gemini 3, NASA do budúcna zakázala ďalšie pomenovania kozmických lodí, ktoré znovu povolila až pri misii Apollo 9. McDivitt a White tak mohli svoj patriotizmus vyjadriť aspoň tým, že si na ľavé ramená svojich skafandrov dali našiť vlajky USA. Zaujímavosťou je, že tento zvyk pretrváva až dodnes. Na Cape Kennedy sa medzitým pripravovala nosná raketa a kozmická loď pre misiu Gemini 4, aby sa stihol plánovaný deň štartu, ktorým bol 3. jún 1965. Deň pred plánovaným štartom, 2. júna, vedúci letu Christopher „Chris“ Kraft oznámil: „Nemohlo to vyzerať lepšie“. Šéflekár oddielu astronautov Dr. Charles Berry povedal, že McDivitt a White sú v tak vysokom stave pripravenosti, v akom ešte žiadnu posádku nevidel. V ten deň bolo tiež do nosnej rakety natankované palivo. Všetko už bolo pripravené.
Priebeh letu thumb|upright|White (vľavo) a McDivitt krátko pred nástupom do kabíny kozmickej lode Gemini 4 ráno v deň štartu
Vo štvrtok 3. júna astronauti vstávali o 04:10 miestneho času. Následne sa James McDivitt a Edward White osprchovali a podstúpili krátku lekársku prehliadku. Potom si sadli k raňajkám, ku ktorým sa podával paradajkový džús, pečený steak zo sviečkovice, stratené vajcia, toast, jahodové želé a káva. Pri raňajkách im spoločnosť robili lekári D. Owens Coons a Eugene F. Tubbs, kňazi James Heiliky, McDivittov duchovný v Cocoa Beach, a Msgr. Irvine J. Nugent a ďalší hostia. Prišiel ich pozrieť aj šéfastronaut Alan Shepard. Potom McDivitt a White vyšli z Budovy pilotovaných letov (Manned Spacecraft Operations Building) a presunuli sa na štartovaciu rampu 16, kde si v špeciálne upravenom obytnom prívese obliekli skafandre. Nasledovala jazda špeciálne upravenou dodávkou na štartovací komplex 19, odkiaľ mali vyštartovať. Prišli sem o 07:07. Astronauti spolu s niekoľkými technikmi nastúpili do výťahu, ktorý ich vyviezol do 11. poschodia obslužnej veže. Potom sa usadili na svoje miesta v kozmickej lodi Gemini 4 a čakali na štart. Spočiatku všetko prebiehalo bez väčších problémov. Štart sa plánoval na 09:00 miestneho času. Komplikácie začali v momente, kedy do vzletu zostávalo 35 minút. Erektor, pomocou ktorého sa raketa vztyčovala pre inštaláciu na rampe sa odmietal sklopiť ďalej ako 12° od vertikály. Technici vykonali rýchlu inšpekciu, v priebehu ktorej odhalili zle zapojený konektor. Problém vyriešili prepojením konektora, čo spôsobilo zdržanie 1 hodiny a 16 minút oproti plánu. McDivitt a White si medzitým v kabíne na chvíľu zdriemli. Potom už štartu nič nebránilo.
thumb|left|Štart misie Gemini 4, 3. jún 1965
Misia Gemini 4 úspešne odštartovala 3. júna 1965 o 10:15:59,562 miestneho času (15:15:59,562 svetového času) pomocou nosnej rakety Titan II GLV zo štartovacieho komplexu 19 na Cape Kennedy. Vzlet rakety a navedenie kozmickej lode na obežnú dráhu Zeme prebehli bez problémov až na krátky výpadok spojenia. McDivitt a White sa pustili do práce. Dvadsať sekúnd po vypnutí motora druhého stupňa White stlačením príslušného tlačidla oddelil kozmickú loď od teraz už nepotrebného nosiča a McDivitt loď od neho vzdialil krátkym zážihom trysiek orientačného systému, čím zvýšil rýchlosť Gemini o 1,5 m/s. O niekoľko sekúnd loď otočil a zabrzdil, aby sa mohol pozrieť na svoj cieľ. Druhý stupeň vtedy letel vo vzdialenosti niekoľko desiatok metrov, mierne rotoval a pomaly predbiehal Gemini. McDivitt sa v priebehu nasledujúcich desiatok minút pokúšal o priblíženie a let vo formácii s prázdnym stupňom, ale bez väčšieho úspechu. Naopak, zdalo sa mu, že stupeň sa od Gemini vzďaľuje. Na palube Gemini 4 nebol radar a McDivitt sa tak mohol orientovať len opticky. Ľudské zmysly na túto úlohu proste nestačili. Navyše, zvyšky pohonných látok tryskajúce z ventilov udeľovali druhému stupňu nepredvídateľné malé impulzy, vďaka čomu sa stupeň pohyboval voči Gemini úplne bludne. McDivitt sa musel vzdať ďalších pokusov o priblíženie. V nádržiach manévrovacieho systému kozmickej lode zostalo len 84 kg z pôvodných 146. Podľa pôvodného plánu sa White mal v priebehu svojho výstupu z kozmickej lode priblížiť k druhému stupňu a pokúsiť sa ho aspoň dotknúť, ideálne priniesť z neho kúsky laku či kovu ako vzorky, ale v terajšej situácii to už nebolo možné.
V dôsledku neúspešných pokusov o priblíženie k druhému stupňu sa prípravy na Whiteov výstup do otvoreného vesmíru začali s oneskorením. McDivitt tak požiadal riadiace stredisko o odklad výstupu o jeden oblet, čo mu vzápätí aj povolilo. Potom astronauti pripravili samých seba, svoje skafandre a loď na nasledujúcich niekoľko desiatok minút vo vákuu a vypustili vzduch z kabíny. White tak v čase 4 hodiny a 11 minút po štarte mohol uvoľniť zámok svojho poklopu, ale ten odmietal fungovať a hrozilo, že poklop sa ani nepodarí otvoriť. Astronauti mali šťastie, že McDivitt vedel, ako to opraviť, pretože keď podobný problém nastal ešte počas výcviku v podtlakovej komore (vtedy sa poklop pre istotu nechcel uzavrieť), McDivitt po skončení skúšky pozoroval technika pri oprave mechanizmu uzamknutia poklopu a získané poznatky sa mu teraz veľmi zišli. Improvizovaná oprava mechanizmu trvala asi šesť minút a potom už Whiteovmu výstupu nič nebránilo.
thumb|right|White počas prvého amerického výstupu do otvoreného vesmíru