Carl Sagan, Venüs ve Mars hakkında bir çok önemli keşifte bulundu, ancak şöhretine yol açan keşif, Venüs'ün atmosferinin ısısını sera etkisinden aldığı kanıtıydı. - gezegenin yüzey sıcaklığını artıran şapka takıyor.
Sagan, atmosferin neredeyse hiç içermediği durumlarda Venüs üzerindeki sera etkisinin bir kısmını su buharına bağlayarak keşifinde küçük bir hata yaparken, Sagan'ın keşfi, bilim adamlarının sıcaklığının nedenini bulmalarına yardımcı olan araştırmanın önemli bir parçası Dünya tırmanıyordu.
Sagan'ın astronomiye yaptığı bir diğer katkı ise, Mars yüzeyindeki farklı renkler için yaptığı açıklamaydı. Bazı bilim adamları bitki örtüsünün sebep olduğunu iddia etmişlerdi, ancak rüzgar fırtınalarındaki toz değişiminin değişime neden olduğunu belirtti. Mariner uzay aracı 1970'lerde Mars'ı ziyaret ettiğinde, Sagan'ın teorisi doğrulandı.
Keşiflerinin bir sonucu olarak Sagan, 1970'lerin NASA'nın robotlarla gezegenleri keşfetmek için kurduğu misyonlarda merkezi bir figür haline geldi. Ekibi Mariner 9'un görüntüleme görevini 7.000'den fazla görüntüye sahip olan Mars'ın yüzeyine yönlendirdi ve Mars'ta başarılı iniş yapan Viking 1 ve 2 misyonlarının iniş noktalarını seçti.
