Den 7. februar 1999 blev rumsonden STARDUST opsendt fra Cape Canaveral med en Delta II-raket. Rumsonden passerede kometen Annefrank den 2. november 2002 på vej til sit egentlige mål, kometen Wild-2. STARDUST nåede Wild-2 den 2. januar 2004. Ved Wild-2, og på vej til kometen opsamlede STARDUST prøver af støv i en særligt konstrueret aerogel. Derudover er sonden udrustet med et kamera til at tage nærbilleder af kometen foruden en række andre måleinstrumenter. Den 15. januar 2006 leverede STARDUST prøver, der landede på Jorden, mens selve rumsonden fortsatte og en anden komet blev sat som mål. den 14. januar 2009 lavede rumnsonden en gravity-assist manøvre ved Jorden. den 14. februar 2011 passerede rumsonden kometen Tempel.
Missionen er den fjerde i “Discovery”-serien.
STARDUST leverede sine prøver af kometmateriale tilbage til Jorden den 15. januar 2006. Sammen med missionen GENESIS var den NASAs første forsøg på at samle udenjordiske prøver automatisk. Prøverne af Wild-2 og støv fra det interplantære rum var de første prøver, NASA bragte tilbage til Jorden i mere end 30 år.