[2][3] La misión de Cosmos 321 consistió en estudiar los polos de la magnetósfera terrestre.
[2][3] El satélite tenía una masa de 400 kg[3] (aunque otras fuentes indican 365 kg[2]) y fue inyectado inicialmente en una órbita con un perigeo de 280 km y un apogeo de 507 km, con una inclinación orbital de 71 grados y un periodo de 92,07 minutos.
[2][4][5][6] A bordo llevaba un magnetómetro cuántico de cesio.
[9] El satélite también estudió los electrochorros, el efecto de las corrientes longitudinales magnetosféricas e ionosféricas y el efecto de una anillo de corriente no ionosférico.
[7] También midió por primera vez los efectos de un electrochorro ionosférico ecuatorial sobre la ionosfera y su efecto de inducción en la Tierra.