De beide sondes van Proba-3 moeten tijdens hun baan rond de aarde heel nauwkeurig naast elkaar vliegen. De ene sonde veroorzaakt dan een zonsverduistering, zodat de ander de corona van de zon kan meten, de krans van licht rond onze ster. De corona maakt plasmadeeltjes die continu op de aarde worden afgevuurd, maar door het felle zonlicht is het heel moeilijk te onderzoeken hoe dat precies gebeurt. Het licht van de zon is een miljoen keer zo fel als de corona.

De missie is ook bedoeld om te testen hoe twee satellieten nauwkeurig in formatie kunnen vliegen. De sondes moeten 150 meter afstand van elkaar bewaren en dit mag niet meer dan een paar millimeter hiervan afwijken. Die technologie kan later bijvoorbeeld helpen om bodemmateriaal op te halen van Mars, of om ruimtepuin op te ruimen. Het kan ook helpen bij wetenschappelijke metingen: meerdere sondes samen kunnen meer meten dan elke satelliet afzonderlijk.

Na het opstijgen moeten de beide sondes van Proba-3 naar een ovale baan rond de aarde gaan. Soms komen ze tot 600 kilometer afstand, daarna gaan ze naar een hoogte van ruim 60.000 kilometer.