結構
先驅者3號先驅者3號是一個光滑的圓錐狀物體，高58厘米，直徑25厘米。外殼由玻璃纖維製成，上面塗覆著黃金以利於傳遞電流。圓錐狀的主體被塗成黑白相間的顏色，這樣利於吸收和反射陽光，將溫度維持在10至50攝氏度。頂部是一根傳遞信號的天線，底部則有一圈提供能量的水銀電池。底部的中心是光電探測管，該探測器由兩個光電池供電。按照計畫，這些光電池將會在距離月球3萬公里時被月球的反射光觸發。圓錐的中心是蓋革計數器。
原理
當處於工作狀態時，傳送裝置將會以0.1瓦的功率工作在960.05兆赫的波段。調波電路的功率為0.08瓦，因此信號傳送裝置的總功率是0.18瓦。在發射後10小時，探測器上的機械結構會將兩個7克重的配重和兩段150厘米長的金屬絲伸出外部，這樣可以使探測器的轉速從每分鐘400轉降低到每分鐘6轉，之後這些配件就會被拋棄。
任務過程
按照原計畫，先驅者3號應該在發射後33.75個小時時接近月球測量相關數據，然後再進入太陽軌道。1958年12月6日世界協調時5點45分12秒，先驅者3號在佛羅里達州卡納維拉爾角升空。由於火箭第二級提前3.7秒熄火，探測器出射角達到71度而不是計畫的68度，它比地球逃逸速度約慢了每小時1000公里。在重新落回地球之前，它所達到的最大高度為102360公里。7日19時51分（UTC），在經歷了大氣層中的燃燒，總計運行了38小時零6分之後之後，估計它墜落在了非洲大陸北緯16.4度，東經18.6度的地方。由於地面接收站的地點設定，總計36小時的任務時間中有13小時是與探測器失去聯繫的。
任務期間，探測器內部的溫度一直維持在43攝氏度左右。雖然沒有完成預期任務，但是根據其感測器傳回的數據，人們發現范艾倫輻射帶實際上分為兩層。
