Les sondes Voyager ne ressemblent . guère aux vaisseaux magnifiquement profilés qu'on voit au cinéma ou à la télévision. Elles sont équipées, au contraire, de tout un ensemble de superstructures disgracieuses : une grande antenne parabolique de 3,7 mètres de diamètre, pour les communications radio avec la Terre, avec, de part et d'autre de sa base, deux grandes armatures. L'une des deux armatures porte trois générateurs thermoélectriques à radio-isotopes ; sur l'autre on a placé, sur une plate-forme, divers instruments scientifiques, notamment pour la prise de vues. Entre ces deux armatures se dresse un long mât surmonté de deux magnétomètres, respectivement à champ fort et à champ faible, et deux antennes pour les observations astronomiques par ondes radio ou de plasma.

Le combustible des trois générateurs électriques est de l'oxyde de plutonium : la désintégration de ce corps radioactif produit de la chaleur qui, transmise à un matériau thermoélectrique, est transformée en électricité. Ces générateurs ont un rendement très faible (de l'ordre de cinq pour cent), mais, à la différence des cellules photoélectriques (qui convertissent la lumière en électricité), ils fonctionnent encore dans les zones sombres et lointaines du Système solaire.

Outre les deux appareils de prise de vue, la plate-forme scientifique supporte trois autres instruments : un photo-polarimètre, qui mesure l'intensité de la lumière et son angle de polarisation, et deux spectromètres qui analysent les rayonnements électromagnétiques ; l'un fonctionne dans l'infrarouge, l'autre dans l'ultraviolet. Une série d'engrenages permet de déplacer la plate-forme dans deux directions : latéralement et de haut en bas. Avec divers détecteurs de particules élémentaires, Voyager 2 peut réaliser dix types d'expériences scientifiques ; en fait, si on compte le système radio qui assure la liaison avec la Terre, la sonde peut même en effectuer un onzième.