Projektas Dvyniai buvo antroji Amerikos pilotuojama kosmoso programa. Pagrindinis jos tikslas buvo sukurti techniką ir įrangą, reikalingą vėlesniam nusileidimui Mėnulyje, Apollo programos metu. Projektui „Dvyniai“ panaudotoje kapsulėje gali tilpti du astronautai, išbūti orbitoje iki dviejų savaičių, atlikti skrydžius į kosmosą ir prijungti kitus erdvėlaivius. Projektas Dvyniai galiausiai apėmė vienuolika pilotuojamų misijų, kurios išbandė tokius dalykus kaip ištvermė, prijungimas prie doko ir manevravimas kosmose.
Erdvėlaivis „Project Gemini“ buvo paleistas ant raketos „Titan II“, konvertuotos tarpžemyninės balistinės raketos. Titan II naudojo hipergolinį kurą, hidraziną ir azoto tetroksidą, kurie užsiliepsnoja. Pati „Project Gemini“ kapsulė buvo daug mažesnė už „Apollo“ kapsulę ir labai ankštomis sąlygomis talpino tik du astronautus. Erdvėlaivio dydį ribojo masė, kurią galima iškelti į orbitą, taip pat būtinybė saugiai vėl patekti į kapsulės vidų.
Projekto Gemini kapsulė buvo pirmoji, kurioje buvo nuimami moduliai; jame buvo kuro, energijos ir gyvybės palaikymo aptarnavimo modulis, pakartotinio įėjimo modulis, skirtas sulėtinti kapsulės veikimą ir grįžti į Žemę, ir komandų modulis astronautams. Gemini kapsulė galėjo naudoti raketas, kad galėtų kontroliuoti savo judėjimą aplink Žemę, ir dažnai manevravo į iš anksto suplanuotą orbitą, kad susitiktų su kita transporto priemone. Iš pradžių energijai buvo naudojamos baterijos, tačiau vėlesnėse misijose buvo įdėtos vandenilio-deguonies kuro elementai – pirmieji kuro elementai, skraidinami pilotuojamu erdvėlaiviu.
Vėlesnėse projekto Gemini misijose buvo parodyti prijungimo orbitoje protokolai ir panaudota prijungta raketa Agena, kad pakiltų į aukštesnę orbitą. Ekstra transporto priemonės veikla (EVA), paprastai žinoma kaip „vaikščiojimas erdvėje“, pirmą kartą buvo panaudota projekte „Gemini“, kad būtų galima dirbti erdvėlaivio išorėje. Projekto Gemini astronautai galiausiai išbuvo iki dviejų savaičių kosmose, patikrindami, ar žmogaus kūnas ir erdvėlaivio įranga gali atlaikyti ilgą kelionę į Mėnulį. Pasibaigus „Apollo“ projektui, buvo pasiūlyta didesnė „Gemini“ erdvėlaivio versija, skirta išgabenti atsargas ir žmones į kosmosą, tačiau vėliau plano buvo atsisakyta.