W trakcie lotu miały także zostać przeprowadzone trzy eksperymenty naukowe: wpływ nieważkości na rozwój jaj jeżowców i na białe krwinki ludzkie, przepuszczanie fal radiowych przez plazmę podczas wejścia w atmosferę oraz fotografowanie powierzchni Ziemi.
Przygotowania thumb|250px|Walkout thumb|250px|Start rakiety Titan II ze statkiem Gemini 3 20 kwietnia 1964 roku astronauci rozpoczęli trening. Obejmował on: kilkaset godzin lotów w symulatorze statku, loty samolotami myśliwskimi, skoki spadochronowe, survival oraz opuszczanie statku po wodowaniu. 24 listopada 1964 roku, podczas przygotowań do bezzałogowego lotu Gemini 2 załoga odbyła symulowane odliczanie przedstartowe.
W tym samym czasie Gus Grissom wybrał nazwę dla kapsuły – The Molly Brown, bohaterki musicalu Niezatapialna Molly Brown (premiera filmu odbyła się w czerwcu 1964 roku). Nazwa związana była z faktem, że kapsuła Grissoma z programu Mercury - Liberty Bell 7 – spoczęła na dnie Atlantyku, omal nie zabierając ze sobą astronauty. NASA nie chciała się na nią zgodzić, gdyż uważała, iż jest ona dla agencji ośmieszająca. Jednak po zaproponowaniu alternatywnej nazwy Titanic, zarząd NASA zmienił zdanie i zdecydował się na pierwotną wersję. W kolejnych lotach agencja zabroniła jednakże nadawania nazw indywidualnych dla kapsułLoty Kosmiczne.