Важный вклад в изучение Венеры внесли две миссии NASA «Pioneer Venus Orbiter» (1978) и «Pioneer Venus Multiprobe» (1978) с четырьмя спускаемыми аппаратами. Первый зонд проработал до августа 1992 года и произвёл радиолокационное картографирование поверхности планеты. Затем спускаемые аппараты определили состав венерианской атмосферы.

В атмосфере планеты обнаружены водяные пары и высокая концентрация молекулярного кислорода. Это указывает на наличие значительного количества воды в геологическом прошлом планеты. Температура верхних слоёв атмосферы оказалась ниже, чем подстилающих, что подтверждало гипотезу о парниковом эффекте на Венере.

Около 17% поверхности планеты занимают равнины и примерно 90% покрыто застывшей базальтовой лавой с обширными возвышенностями, из которых крупнейшие это Земля Афродиты и Земля Иштар. По размерам они сопоставимы с земными материками. Горы Максвелла на Земле Иштар возвышаются на одиннадцать километров. Максимальная разница высот венерианского рельефа составляет около тринадцати километров и, примерно 51% поверхности Венеры расположено в интервале высот ±500 метров от среднего радиуса планеты в 6052 км.

Условия на поверхности Венеры одни из наиболее агрессивных в Солнечной системе. Олово, свинец и цинк находятся здесь в жидком состоянии, а на поверхности планеты атмосферное давление соответствует давлению на километровой глубине в земном океане. Всё это затрудняет исследование Венеры спускаемыми аппаратами. Рекорд продолжительности функционирования на поверхности Венеры установлен в 1982 году советским аппаратом «Венера-13», который смог проработать в токсичной и раскалённой среде планеты чуть больше двух часов.

Значительная часть поверхности Венеры формируется вулканическими процессами. На это указывают обнаруженные радиозондированием её следы. Лавовые потоки здесь достигают сотен километров в длину и десятков километров в ширину. Более 90% поверхности покрыто лавой, поэтому возраст значительной части поверхности Венеры составляет всего около пятиста миллионов лет.

Активный вулканизм образовал цепи горных массивов, рифтовых долин и равнин с образованием характерной формы рельефа – тессер, что в переводе с греческого означает «черепица», занимающих 8% венерианской поверхности. Это возвышенности и нагорья размером от сотен до тысяч километров. Они пересекаются в различных направлениях системами хребтов и разделяющих их желобов-долин.

На планете обнаружены тысячи древних вулканов, ударные кратеры и другие формы рельефа. Самая высокая и крупная венерианская горная система, возвышающаяся до 11 километров это Maxwell Montes. На её северо-восточном склоне расположен один из самых больших ударных кратеров на Венере. Это впадина Клеопатра диаметром более ста километров и глубиной до 2,5 километров. Ударных кратеров на Венере обнаружено относительно немного – около одной тысячи диаметром от двух до 270 километров.

Венера не имеет астеносферы, поэтому деформация её поверхности связана с конвекционными перемещениями вещества в мантии. Эти процессы сформировали протяженные, шириной до нескольких сотен километров разломы с оперяющими трещинами, где происходит опускание венерианской коры.

Области рифтов представляют собой группы впадин от десятков до сотен метров шириной и протяженностью в тысячу километров. Как правило, они связаны с крупными вулканическими образованиями в виде куполов. Это области Атлы, Беты или Эйстлы которые возможно являются выходом магматических плюмов на поверхность.

На Венере продолжается вулканическая деятельность. В 2014 году аппарат ESA «Venus Express» (2005) обнаружил вулканическую активность в районе каньонов Ганики. Крупнейший вулкан Maat Mons возвышается на восемь километров над своим подножьем диаметром 600 километров. Это самый высокий вулкан и вторая по высоте возвышенность на Венере.