La comète fut découverte le 6 janvier 1978 par l'astronome suisse Paul Wild, à l'observatoire de Zimmerwald, d'où son nom usuel de Wild 2, la seconde comète portant la signature de ce découvreur particulièrement prolifique. Ce qui distingue toutefois cet objet de la plupart des comètes périodiques déjà cataloguées à l'époque, c'est le caractère très récent de son orbite actuelle. Jusqu'au 10 septembre 1974, Wild 2 évoluait en effet sur une trajectoire beaucoup plus éloignée du Soleil, circulant approximativement entre les orbites d'Uranus et de Jupiter, dans une région où les températures extrêmement basses préservent l'essentiel des glaces volatiles originelles du noyau. Un passage rapproché de la comète à proximité de Jupiter, cette année-là, a profondément modifié sa dynamique orbitale : l'attraction gravitationnelle de la planète géante a dévié sa trajectoire et l'a placée sur une orbite beaucoup plus resserrée, désormais comprise entre celles de Mars et de Jupiter, avec une période de révolution d'environ six ans et cinq mois. Paul Wild a ainsi eu l'opportunité d'observer cet objet dès son tout premier passage sur cette nouvelle orbite, quatre années seulement après la perturbation jovienne.

Cette circonstance orbitale confère à Wild 2 un intérêt scientifique tout particulier : n'ayant encore effectué qu'un nombre très limité de passages à proximité du Soleil depuis sa capture sur une orbite plus interne, son noyau n'a subi qu'une érosion thermique et une altération de surface minimes par rapport aux comètes de la famille de Jupiter installées depuis beaucoup plus longtemps sur des trajectoires rapprochées. Les astronomes qualifient ainsi Wild 2 de comète relativement "fraîche", un état de conservation qui en fait un témoin privilégié, presque intact, de la matière accumulée lors de la formation des régions externes du disque protoplanétaire. Les observations menées par la sonde Stardust ont par ailleurs permis de caractériser la forme du noyau cométaire, qui se présente comme un corps irrégulier de forme grossièrement sphéroïdale légèrement aplatie, aux dimensions approximatives de 1,65 sur 2 sur 2,75 kilomètres, dont la surface est marquée par de nombreuses dépressions circulaires évoquant des structures d'impact ou de sublimation, ainsi que par des jets de gaz et de poussières actifs observés lors du survol rapproché.

La mission Stardust, quatrième mission du programme Discovery de la NASA, dédié à l'exploration planétaire à coût maîtrisé, fut lancée le 7 février 1999. Après un parcours de plusieurs années à travers le système solaire interne, incluant une assistance gravitationnelle terrestre en janvier 2001 et un survol de l'astéroïde 5535 Annefrank en novembre 2002, la sonde parvient à son objectif principal le 2 janvier 2004, réalisant un survol rapproché du noyau de Wild 2 à une distance minimale de l'ordre de 236 à 240 kilomètres, à une vitesse relative avoisinant 22 000 kilomètres par heure. Lors de cette rencontre, la sonde déploie un collecteur constitué d'un matériau extrêmement poreux appelé aérogel, une silice amorphe dont la densité extraordinairement faible permet de freiner progressivement les particules de poussière cométaire capturées au sein du panache de la coma, sans les détruire par un choc thermique ou mécanique trop brutal, contrairement à ce qui se produirait avec un matériau de collecte plus dense. Ce dispositif, monté sur une raquette à double face rétractable, permet également la capture simultanée de grains de poussière interstellaire traversant le Système solaire, objectif secondaire mais scientifiquement tout aussi ambitieux de la mission.

Après cette collecte, la capsule de retour d'échantillons, un cône émoussé d'environ quarante-six kilogrammes intégré à la sonde principale, entame un long trajet de retour vers la Terre, qui s'achève le 15 janvier 2006 par une rentrée atmosphérique directe et un atterrissage sous parachute dans le désert de l'Utah, sur le terrain d'essais militaire de Dugway. Cet atterrissage marque un jalon historique : Stardust devient ainsi la première mission à rapporter sur Terre de la matière cométaire authentifiée, et seulement la deuxième mission, après Genesis, à ramener des échantillons extraterrestres prélevés au-delà de l'orbite lunaire.

L'analyse en laboratoire des particules capturées dans l'aérogel, poursuivie pendant de nombreuses années par des centaines de chercheurs à travers le monde, a livré des résultats qui ont largement bouleversé les modèles théoriques alors dominants sur la formation des comètes. Alors que l'on s'attendait à trouver, dans la matière cométaire formée aux confins glacés du Système solaire, une proportion importante de grains présolaires, c'est-à-dire de matériaux hérités directement du milieu interstellaire et du nuage moléculaire à partir duquel s'est formé le Soleil, les échantillons de Wild 2 se sont révélés composés très majoritairement de matériaux minéraux ayant cristallisé à haute température, dans des conditions comparables à celles régnant à proximité immédiate du jeune Soleil. Cette découverte, résumée par le principal investigateur de la mission, Donald Brownlee de l'université de Washington, comme profondément contre-intuitive, implique que la matière rocheuse constituant l'essentiel de la masse solide de la comète s'est formée dans un environnement suffisamment chaud pour vaporiser des matériaux réfractaires, avant d'être transportée sur de très grandes distances jusqu'aux régions périphériques et glaciales du disque protoplanétaire, où elle s'est mêlée aux glaces volatiles pour constituer le noyau cométaire.

Cette conclusion a des implications majeures pour la compréhension de la dynamique du disque protoplanétaire primitif : elle suggère l'existence de mécanismes de mélange radial extrêmement efficaces, probablement liés à des phénomènes de turbulence à grande échelle ou à des jets bipolaires associés à la phase de formation active du Soleil, capables de transporter en quelques centaines de milliers d'années des grains formés à quelques dixièmes d'unité astronomique jusqu'à des distances de plusieurs dizaines d'unités astronomiques. Les échantillons ont par ailleurs révélé une diversité minéralogique et isotopique considérable, avec la présence de silicates cristallins tels que l'olivine et le pyroxène, de sulfures de fer et de nickel, ainsi que de composés organiques complexes. Parmi ces derniers, la détection de glycine, l'acide aminé le plus simple et un élément fondamental de la biochimie du vivant, constitue l'un des résultats les plus commentés de la mission, apportant un argument supplémentaire en faveur de l'hypothèse selon laquelle les comètes auraient pu contribuer à l'apport de molécules prébiotiques sur la Terre primitive, sans toutefois permettre de trancher définitivement cette question complexe.

Il convient de souligner que, malgré la présence significative de matériaux à haute température, les échantillons de Wild 2 ne s'apparentent pas pour autant à la matière des météorites chondritiques les plus primitives associées aux astéroïdes, bien que certaines caractéristiques minéralogiques s'en rapprochent par endroits. Les chercheurs ont ainsi conclu que la comète Wild 2 ne se situe pas sur un simple continuum de composition avec les astéroïdes connus, mais représente un réservoir de matière distinct, façonné par une histoire d'accrétion et d'évolution propre. Ce constat a conduit à une révision importante des modèles classiques, qui opposaient de manière trop tranchée une origine "froide" et homogène pour les comètes à une origine "chaude" pour les astéroïdes, et a plutôt mis en évidence la nature profondément hétérogène et dynamique du disque protoplanétaire dans son ensemble. À la suite de sa rencontre avec Wild 2, la sonde Stardust, toujours opérationnelle, fut réorientée vers une mission étendue baptisée Stardust-NExT, au cours de laquelle elle survola en février 2011 le noyau de la comète Tempel 1, précédemment visitée par la mission Deep Impact, avant de terminer définitivement sa mission en mars 2011.