Avec les satellites de reconnaissance, l’observation des arsenaux ennemis prend progressivement une dimension spatiale. Le programme américain Corona réussit en 1960 ses premières récupérations de photographies prises depuis l’espace. Aux États-Unis, le programme Corona, développé conjointement par la CIA et l’armée de l’air, réalise en août 1960 sa première mission de reconnaissance photographique pleinement réussie. Il ouvre une nouvelle période : les installations soviétiques peuvent être surveillées depuis l’espace, sans exposer de la même manière un pilote aux risques d’un survol territorial.
Les premiers programmes opérationnels rencontrent d’importants obstacles techniques et organisationnels. En 1961, le National Reconnaissance Office est institué afin de coordonner les principaux programmes américains de reconnaissance spatiale. De son côté, l’Union soviétique développe ses propres capacités d’observation. La multiplication des satellites améliore progressivement la connaissance des installations stratégiques, tout en alimentant une course permanente aux innovations. L’espace apparaît ainsi comme un milieu de coopération scientifique potentielle, mais également comme une extension de la rivalité entre puissances.
L’exploitation des images suppose néanmoins un travail d’interprétation aussi complexe que leur collecte. Elle aide à vérifier certaines capacités militaires et contribue à la préparation d’accords de maîtrise des armements, parce que les États disposent de moyens d’observation plus indépendants des déclarations de leurs adversaires. Mais les images restent partielles et peuvent être difficiles à interpréter ; elles ne donnent pas directement accès aux intentions politiques. En outre, la concentration des moyens spatiaux dans quelques pays crée une forte asymétrie d’information. En rendant plus régulière l’observation des installations militaires, les satellites contribuent aussi à la vérification des engagements de maîtrise des armements.