Đôi khi tàu vũ trụ không thể dừng lại. Giới hạn nhiên liệu khiến việc đi vào quỹ đạo là bất khả thi, vì vậy các nhiệm vụ chỉ có thể bay sát bên. Bay ngang qua (flyby) đưa tàu thăm dò bay qua một thiên thể với tốc độ cao, thu thập dữ liệu trong một khoảng thời gian ngắn.

Hình học không hề dễ dàng. Các thiết bị phải hoạt động ngay từ lần đầu tiên, hướng chính xác trong suốt quá trình tiếp xúc. Dữ liệu thường được truyền về trong nhiều giờ hoặc nhiều ngày vì tín hiệu yếu và khoảng cách rất lớn.

Các nhiệm vụ bay ngang đáng chú ý

• Tàu Voyager 2 bay qua Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
• Tàu New Horizons bay qua sao Diêm Vương vào năm 2015.
• Tàu thăm dò Parker Solar Probe thực hiện nhiều lần bay ngang qua Mặt Trời.
• Tàu Cassini bay ngang qua các mặt trăng của Sao Thổ trước khi đi vào quỹ đạo.

Các chuyến bay ngang qua cũng đóng vai trò hỗ trợ trọng lực. Tàu vũ trụ sẽ lượn qua một hành tinh để thay đổi tốc độ hoặc hướng đi mà không cần đốt nhiên liệu. Các nhà lập kế hoạch nhiệm vụ sử dụng các thao tác này để tiếp cận các mục tiêu mà nếu không sẽ nằm ngoài tầm với.