Priebeh letu  Štart Delta 7426 so sondou Stardust Sonda vzlietla 7. februára 1999 o 21:04:15 svetového času (UT) z rampy SLC-17A kozmodrómu Cape Canaveral na Floride na nosnej rakete typu Delta 7426 (výr. č. 266) a o 21:31:34 UT bola navedená na únikovú dráhu zo zemského gravitačného poľa. Medziplanetárny prelet Počas medziplanetárneho preletu, ktorý trval celkom tri obehy okolo Slnka, motory sondy uskutočnili veľa korekčných manévrov. V období od februára do apríla roku 2000 sonda aerogélovým zberačom zhromažďovala vzorky prachových častíc medzihviezdneho pôvodu, lebo v tom čase letela proti smeru pohybu slnečnej sústavy. Pri testovaní navigačnej kamery bolo zistené zarosenie jej optiky kondenzovanou vlhkosťou, ktorá ostala medzi šošovkami jej objektívu pravdepodobne ešte z výroby. Dlhodobým natočením sondy tak, aby kamera bola zahrievaná Slnkom, sa túto chybu z väčšej časti podarilo odstrániť. V dňoch 9. a 10. novembra 2000 sondu zasiahol mimoriadne silný výron nabitých častíc z erupcie na Slnku, pri ktorom sa zvýšila úroveň radiácie približne stotisíckrát. V dôsledku toho boli zmätené detekčné prvky CCD navigačnej kamery a palubný počítač po zistení poruchy sondu previedol do núdzového režimu. Aj tento problém sa technikom v riadiacom stredisku podarilo na diaľku zvládnuť. Gravitačný manéver pri Zemi Aby bolo možné dosiahnuť cieľovú kométu, uskutočnil sa 15. januára 2001 gravitačný manéver pri Zemi. Sonda preletela o 11:14.28 UT najnižším bodom (perigeom) hyperbolické dráhy vo výške nad zemským povrchom. Gravitačný manéver zvýšil rýchlosť sondy a zmenil pôvodnú heliocentrickú eliptickú dráhu s perihéliom 0,9562 astronomických jednotiek (AU), aféliom 2,2163 AU a sklonom k ekliptike 0,009° na pretiahnutejšiu elipsu 0,9832 – 2,8248 AU. Sklon roviny dráhy sondy sa zvýšil na 3,696° a doba obehu sondy okolo Slnka sa predĺžila z 740,4 na 959,6 dňa. O deň neskôr okolo 02:00 UT sonda preletela vo vzdialenosti 98 tisíc kilometrov od povrchu Mesiaca. Prelet bol využitý na urobenie 25 snímok jeho povrchu pre overenie, ako sa podarilo odstrániť chybu na optike navigačnej kamery. Prelet okolo planétky Annefrank Planétka Annefrank Od augusta do decembra 2002 pokračovala sonda v zbere medzihviezdneho prachu. Celkom počas misie bola táto látka zbieraná 195 dní. Dňa 2. novembra 2002 o 04:50 UT preletela sonda rýchlosťou /s vo vzdialenosti asi okolo planétky 5535 Annefrank. Približne pol hodiny počas najväčšieho priblíženia urobila niekoľko desiatok snímok tohto telesa, ktoré boli neskôr odoslané na Zem. Prelet okolo kométy Wild 2 Kométa Wild 2 Prvé snímky hlavného cieľa letu, kométy Wild 2, urobila navigačná kamera sondy už 13. novembra 2003 zo vzdialenosti 25 mil. km. Vlastný prelet komou kométy, počas ktorého bol opäť vysunutý aerogélový zberač prachu, sa uskutočnil 2. januára 2004. K najväčšiemu priblíženiu k jadru kométy na vzdialenosť došlo o 19:40:35 UT rýchlosťou /s. Sonda sa v tej dobe nachádzala vo vzdialenosti 1,86 AU od Slnka a 2,6 AU od Zeme. Predbežne sa predpokladá, že množstvo zachytených prachových častíc v aerogéle môže byť asi 1 miligram. Okrem zberu prachu sonda urobila 72 snímok jadra kométy. Jadro s priemerom približne je pomerne kompaktné a na jeho veľmi zbrázdenom povrchu sa vyskytujú kopčeky vysoké až a krátery s hĺbkou viac ako . Sonda preletela troma plynoprachovými výtryskami, pričom 12 kometárnych častíc prerazilo protimeteorický štít sondy. Prístroj CIDA tiež okamžite analyzoval iné častice kometárneho prachu hmotnostným spektrometrom a detektory DFM registrovali ich početnosť. Pristátie návratového puzdra Pristávací manéver sa uskutočnil 15. januára 2006. O 05:58 UT sa kužeľovité pristávacie puzdro vo vzdialenosti 110 tisíc kilometrov od Zeme oddelilo od materskej časti sondy, ktorá štvrť hodiny potom uskutočnila úhybný manéver, aby nevletela spoločne s puzdrom do atmosféry Zeme, kde by zhorela. Približne štyri hodiny po rozdelení sondy, o 09:57 UT, vstúpilo návratové puzdro vo výške nad Zemou do atmosféry, ktorá ho začala intenzívne brzdiť. Návratové puzdro vstupovalo do atmosféry rýchlosťou /s a stalo sa tak najrýchlejším vracajúcim sa ľudským výtvorom. Preťaženie pritom vzrástlo približne na 38G. O dve minúty neskôr sa otvoril stabilizačný a v 09:59 UT aj hlavný padák. K vlastnému pristátiu došlo vo vojenskom výcvikovom priestore Utah Test and Training Range blízko Salt Lake City v štáte Utah o 10:10 UT (03:10 miestneho času MST). Pristávacia oblasť, nachádzajúca sa v oblasti Dugway Proving Ground, bývalej strelnice pre skúšky chemických a bakteriologických zbraní, mala tvar elipsy s rozmermi 44 × . Puzdro po pristátí sa najmenej trikrát odrazilo od zeme, než sa úplne zastavilo. Pre vyhľadanie puzdra boli vyčlenené tri helikoptéry, ktoré až do okamihu pristátia z bezpečnostných dôvodov vyčkávali mimo oblasť pristátia. Prvý z nich s ženistami na palube lokalizoval odhodený padák o 10:44 UT a o 10:48 UT pristál pri puzdre. Ženisti potom preskúmali bezprostredné okolie puzdra, či sa tam nevyskytuje nevybuchnutá munícia. Až potom pristáli zvyšné dve helikoptéry. Po fotodokumentácii a očistení bolo puzdro o 12:03 UT dopravené do provizórneho laboratória zriadeného na základni armádneho letectva Michael Army Air Field na prvotnú inšpekciu, vypojenie palubných systémov a zabezpečenie aerogélových zberačov prachu. Teraz sa plánuje prevoz do laboratórií v Johnsonovom vesmírnom stredisku, Houston, Texas. Celková dĺžka misie puzdra od štartu do pristátia merala 4,63 miliardy kilometrov (Tm), z toho dráha od Zeme ku kométe bola 3,41 Tm dlhá, od kométy späť na Zem iba 1,22 Tm. Pokračovanie letu materskej sondy Jadro kométy Tempel 1, ako ho nasnímala sonda Stardust Materská sonda po odhodení návratového puzdra minula Zem a vrátila sa opäť do medziplanetárneho priestoru. Pokračovala v lete po heliocentrickej dráhe. Dňa 8. februára 2007 bola sonda deaktivovaná s úmyslom prebudiť ju až po rozhodnutí, ku ktorému ďalšiemu cieľu sa vydá. Rozhodnutie padlo 3. júla toho istého roku, kedy bol pre sondu zvolený ako cieľ kométa 9P/Tempel 1. Misia zároveň dostala označenie NExT (New Exploration of Tempel). 13. augusta riadiace stredisko oživilo systémy sondy, neskôr začalo sonde posielať programové vybavenie pre ďalšiu časť misie. Ku koncu roka prešla sonda dvakrát do bezpečnostného módu, z ktorého ju zakaždým prebralo riadiace stredisko. 14. januára 2009 nastalo najväčšie priblíženie sondy k Zemi – minimálna vzdialenosť bola . Tento prelet bol využitý ako gravitačný manéver, ktorý umožnil sonde dosiahnuť kométu Tempel 1. Do konca roka 2009 nastali ešte tri prechody Stardustu o bezpečnostného módu, ďalšie tri prechody do bezpečnostného módu boli v roku 2010 pred samotným priblížením ku kométe. 16. decembra 2010 sonda zahájila navigačné snímkovanie kométy Tempel 1. 15. februára 2011 sa Stardust priblížil ku kométe na minimálnu vzdialenosť a fotografoval jej jadro. 24. marca 2011 sonda naposledy zapla svoje motory, aby v nich spálila všetko palivo. V ten istý deň bolo prerušené všetko vysielanie. Bez paliva nefunguje orientačný systém, ktorý by otáčal solárne panely za Slnkom. Sonda je teda už len pasívnym telesom bez elektrickej energie, ktoré sa pohybuje na obežnej dráhe okolo Slnka.