Цель серии — исследование частиц высоких и сверхвысоких энергий. В частности, запущенный в 1968 году космический аппарат «Протон-4» исследовал первичные космические лучи высоких энергий и энергетический спектр электронов высокой энергии[1].
На спутниках «Протон-1» и «Протон-2» (запуск 16 июля 1965 г и 2 ноября 1965 г. соответственно) были установлены гамма-телескопы, предназначенные для измерения космического излучения в диапазоне энергий >50 МэВ[2].
Результатом наблюдений гамма телескопов было получение верхних пределов на поверхностную яркость космического гамма фона <5х10-4 фот/(см² сек стер), одних из лучших на то время.
Запущены двухступенчатой ракетой-носителем «Протон». Само название «Протон» (как несекретное именование) унаследовано ракетой от спутников этой серии. Спутники были полезной нагрузкой на испытаниях носителя: при первом пуске был выведен «Протон-1», а выведение «Протона-3» завершало лётно-конструкторские испытания. Сами спутники изготавливались с использованием корпусов третьей ступени того же носителя; это первые спутники, самостоятельно разработанные ОКБ-52[3][4].
«Протон-1» имел массу 12,2 т, при этом масса научной аппаратуры — 3,5 т. «Протон-4» был массой уже около 17 т и имел на борту комплекс научной аппаратуры массой 12.5 т.[5]