Explorer 20 foi lanzado coa misión de estudar a distribución de electróns, a densidade iónica e a temperatura da ionosfera terrestre, así como estimar o ruído a niveis entre 2 e 7 MHz ó longo da súa órbita. Como instrumentos levaba unha sonda ionosférica de seis frecuencias e unha sonda iónica.[1][2][3]
O satélite tiña forma de cilindro curto rematado nos dous extremos por sendos conos truncados. A sonda iónica, situada no extremo dun mastro curto, saía do cono superior. As seis antenas (formadas por tres dipolos) da sonda ionosférica sobresaían do ecuador do satélite. Un dos pares de antenas medía 18,28 m de lonxitude por cada antena, mentres que as restantes catro medían 9,14 m. Explorer 20 estabilizábase mediante xiro, a 1,53 r.p.m., co eixo de xiro contido no plano orbital. Un ano despois a velocidade de xiro quedou reducida a 0,45 r.p.m.[1][2]
Explorer 20 non levaba grabadora a bordo, polo que os datos só podían recollerse en tempo real nas proximidades dunha estación terrestre. As estacións estaban distribuídas para recoller datos sobre os 80 graos oeste, ademais de disporse de estacións en Hawai, Singapur, o Reino Unido, Australia e diversas zonas de África. Os datos eran transmitidos polo satélite en períodos de media hora a catro horas segundo a enerxía dispoñible. A misión funcionou ben durante uns 16 meses.[1][2]
