Stardust odstartovala startovala 7. února 1999 z floridského mysu Canaveral na nosné raketě: Delta II. Vzdálenost Země a Wild 2 v momentě startu sondy byla 820 milionů kilometrů.

Cíl mise bylo doletět ke kometě Wild 2 a sebrat vzorky prachových částic a par v ohonu komety, dále nabrat vzorky mezihvězdného prachu a vše "doručit" neporušené na Zemi. Sonda také fotografovala jádro komety a vrací se se 72 snímky. 

Stardust je dlouhý 1,7 metru a váží 385 kilogramů, jeho návratové kuželovité pouzdro se vzorky váží 46 kilogramů.

Průlet Stardustu kolem komety proběhl 2. ledna 2004 ve vzdálenosti pouhých 240 kilometrů od jádra komety Wild 2. Sonda zde speciálně vyvinutou "pracholapkou" posbírala prachové částice z komety. Setkání sondy s kometou proběhlo v rychlosti 22.000 kilometrů v hodině a ve vzdálenosti 390 milionů kilometrů od Země

Stardust na své téměř sedmileté pouti již uletěl dráhu dlouhou 4,63 miliardy kilometrů.

Kapsle sondy (návratové pouzdro) se vzorky se do zemské atmosféry přiřítí rychlostí 46.180 kilometrů za hodinu, což bude největší rychlost, jakou kdy přistával objekt vyrobený člověkem. Pouzdro by mělo dosednout 15. ledna rychlostí čtyři a půl metru za sekundu (16 km/h) v americkém státě Utah poblíž Salt Lake City v rozsáhlé, neobydlené oblasti pod vojenskou kontrolou. 

Wild 2 je asi 220 kilometrů dlouhá a jádro komety měří v průměru asi 5,3 kilometru.

Sonda nese na palubě dvě polovodičové paměti, které obsahují celkem jeden milion jmen. K obsahu pamětí patří také kolem 58.200 jmen vyrytých do washingtonského památníku veteránů vietnamské války.