Двигатели работали на двухкомпонентном топливе (монометилгидразин + четырехокись азота), существенно более эффективном по сравнению с однокомпонентным топливом КК «Меркурий». Его запас составлял от 180 до 427 кг.

Для схода с орбиты КК «Джемини» имел блок тормозной двигательной установки из четырех твердотопливных двигателей с суммарной тягой 45,6 кН. Предусматривалось также использование тормозной двигательной установки для отделения КК от РН во время некоторых аварийных ситуаций при срабатывании САС.

Следует сказать, что в некоторых полетах КК «Джемини» наблюдались отдельные отказы двигателей реактивной системы управления. В частности, после стыковки КК «Джемини-8» с ракетой «Аджена» один из этих двигателей из-за заедания клапана оставался включенным в течение длительного времени. В результате КК приобрел скорость вращения почти 1 об/с и фактически все топливо было израсходовано. Корабль, который удалось застабилизировать только с помощью двигателей реактивной системы управления, находившихся в капсуле, совершил экстренную аварийную посадку.

Для стыковки КК «Джемини» с ракетной ступенью «Аджена» был создан комплекс технических средств (часть которых располагалась на ракетной ступени), который включал в себя радиолокатор, стыковочное устройство, систему мишеней и индикаторов, командную радиолинию, в том числе между КК и ракетной ступенью, и т. д. Радиолокатор, установленный в носовой части КК, обеспечивал наведение на ракетную ступень «Аджена», измерял углы, дальность и относительную скорость при расстояниях от 460 км до нескольких метров от КК. Радиоканал локатора использовался также для передачи нескольких десятков команд с КК на ракетную ступень.

Для расчета корректирующих импульсов при выполнении маневров по сближению применялись несколько методов с использованием как наземных, так и автономных бортовых средств, в том числе бортовой цифровой вычислительной машины, в которую вводились данные по параметрам орбиты. Управление на участке причаливания космонавты проводили вручную с использованием индикаторов дальности и скорости.

Основная активная часть стыковочного устройства, с помощью которой производилось механическое соединение КК, размещалась на «Аджене». Носовая часть КК со штырем, служившим для выравнивания по крену, входила в приемный конус стыковочного устройства, подвешенный на гидравлических амортизаторах. После сцепки конус подтягивался электроприводом до упора — в неподвижный шпангоут, после чего допускалось совместное маневрирование состыкованных аппаратов, в том числе при включенном основном двигателе «Аджены». Штатная расстыковка выполнялась также механизмами активной части стыковочного устройства по радиокоманде с КК.

15 декабря 1965 г. КК «Джемини-6» и «Джемини-7» сблизились в космосе и осуществили групповой полет в течение 5,5 ч на расстоянии от 1 до 30 м. Первую стыковку в космосе с ракетной ступенью «Аджена» провели 16 марта 1966 г. космонавты Н. Армстронг и Д. Скотт на КК «Джемини-8», однако при этом возникла аварийная ситуация и космонавты совершили вынужденную посадку после 10,5 ч полета. Во время полета КК «Джемини-10» с состыкованной «Адженой» при помощи двигателя ракетной ступени был увеличен перигей орбиты (до 760 км) и оценивалась доза радиации, которую получили космонавты Дж. Янг и М. Коллинз при полете через радиационные пояса Земли (эта доза оказалась существенно меньше предсказываемой).

В ряде полетов КК «Джемини» проводились эксперименты с выходом космонавтов в открытый космос, при этом оценивались работоспособность и возможности человека в этих условиях. Перед выходом в космос кислород из кабины космонавтов полностью стравливался и открывалась крышка люка КК. Проведенные эксперименты продемонстрировали как возможности, так и трудности работы человека в безопорном пространстве, показали необходимость применять средства фиксации ног и других частей тела, а также проводить специальные наземные тренировки (например, в «бассейнах гидроневесомости»).

Форма капсулы КК «Джемини» была выбрана такой, чтобы при создании угла атаки, т. е. угла между направлением полета в атмосфере и продольной осью КК, могла создаваться подъемная сила (составляющая силы аэродинамического сопротивления, перпендикулярная направлению полета). Отношение подъемной силы к силе сопротивления принято называть аэродинамическим качеством. В отличие от самолетов это отношение для СА (капсул) невелико, 0,2–0,4, и поэтому СА относится к летательным аппаратам с малым аэродинамическим качеством.

Если центр масс капсулы (СА) находится на продольной оси, то угол атаки равен нулю, подъемной силы не возникает и спуск получается баллистическим (как в случае КК «Меркурий»). Если центр масс сместить, то возникает угол атаки и подъемная сила. В зависимости от того, куда смещен центр масс, определяется направление, в котором действует подъемная сила по отношению к траектории спуска. В принципе можно управлять положением СА по тангажу и курсу, однако при полете в атмосфере необходимые управляющие моменты оказываются неприемлемо большими: требуется компенсировать моменты, стремящиеся вернуть СА в устойчивое положение.

Направление действия подъемной силы можно изменять, если вращать СА относительно продольной оси (по крену). В таком случае управляющие моменты становятся существенно меньше. В этом и заключается основная идея управляемого спуска. Впервые системы управляемого спуска были разработаны для советского КК «Союз» и американского КК «Джемини».

Перед входом в атмосферу капсула КК «Джемини» ориентировалась по направлению полета теплозащитным экраном вперед при помощи двигателей реактивной системы управления капсулы. Эти же двигатели использовались для управления разворотом по крену и для стабилизации угловых колебаний капсулы по тангажу и курсу. За счет управления при спуске достигались два основных эффекта: максимальные перегрузки снижались до 3–4 единиц (по сравнению с 9 — 10 единицами при баллистическом спуске) и увеличивалась точность приземления (максимальное отклонение не превышало нескольких километров, тогда как при неуправляемом спуске оно достигало нескольких сот километров).

Одной из задач программы «Джемини» было создание для КК парапланера (надувного управляемого парашюта-крыла) в целях отработки посадки на сушу с возможностью некоторого маневрирования. Однако из-за значительных трудностей эту задачу выполнить не удалось, и спуск всех КК «Джемини» производился на воду.

Максимальная продолжительность полета, которая выбиралась исходя из продолжительности будущих полетов на Луну, составила около 14 сут (КК «Джемини-7»). Но двухнедельный полет двух космонавтов в кабине КК с внутренним объемом 1,6 м³, практически не приспособленной для снятия скафандров, оказался на грани допустимых санитарных условий.

Всего на 10 КК «Джемини» совершили полет 16 различных американских космонавтов (в каждом полете находилось два космонавта).

Конструкция КК, его размеры и масса, а также состав основных систем и их главные характеристики зависят от задач, решаемых в полете. Однако созданы и многоцелевые КК, обладающие широкими возможностями. К ним прежде всего относятся КК «Союз» и его модификации. Над разработкой этого КК начали работать еще в начале 60-х годов, вскоре после полета первых космонавтов на КК «Восток».

Новый КК существенно отличался по компоновке и составу от своих предшественников, а его основные системы были не только разработаны вновь, но и выполнены более универсальными. При последующих модификациях КК «Союз» эти системы подвергались дальнейшему усовершенствованию. Тем не менее основная компоновка КК «Союз» сохранилась в первоначальном варианте, и этот КК позволил решить ряд новых технических задач, причем как в автономном полете, так и в составе орбитальных комплексов.

Стартовая масса всей ракетно-космической системы «Союз» составила 310 т.

Первые полеты человека в космос показали, что для увеличения продолжительности пребывания человека на орбите необходимо улучшить условия внутри КК, прежде всего потребовалось более просторное помещение для космонавтов. Особенно это проявилось при длительных (до 2 недель) полетах американских космонавтов в кабине КК «Джемини». По отзывам этих космонавтов, кабина КК была меньше передней части салона миниатюрного автомобиля «Фольксваген», но с дополнительным пультом управления размером с большой цветной телевизор, втиснутым между сиденьями. На Земле в такой кабине было трудно пробыть и несколько часов (более длительному пребыванию в космосе помогала в некотором смысле невесомость).