Her er en oversigt over missionens centrale mål:
* vedvarende flyvning: Gemini 5 havde til formål at demonstrere gennemførligheden af rumflyvninger med længere varighed, der overskrider den forrige rekord, der er sat af Gemini 4 (4 dage). Dette var afgørende for fremtidige missioner som Apollo -programmet, hvilket ville kræve, at astronauter tilbringer uger i rummet.
* Evaluering af brændstofcellesystem: Missionen testede ydelsen og pålideligheden af brændselscellesystemet, som var en ny teknologi, der blev overvejet til fremtidige rumfart.
* Rendezvous manøvrer: Selvom det ikke var et primært mål, omfattede missionen et kort møde med et målkøretøj, der yderligere raffinerede teknologien, der er afgørende for docking i rummet.
* Videnskabelige eksperimenter: Gemini 5 udførte også forskellige videnskabelige eksperimenter, herunder at studere virkningerne af langvarig rumfart på den menneskelige krop og gennemføre astronomiske observationer.
Missionens succes med at nå disse mål, især den otte-dages flyvning, var en vigtig milepæl i udviklingen af menneskelig rumfart og banede vejen for fremtidige missioner som Apollo Moon-landinger.