Die ersten für Raumfahrtmissionen eingesetzten Atlas-​Raketen stammten alle aus der regulären Produktion von Atlas D Interkontinentalraketen. Ausgewählte Exemplare wurden an die besonderen Bedürfnisse von USAF oder NASA angepaßt, erhielten namentlich einen Stufenadapter zur Aufnahme einer Oberstufe. Ausgerüstet mit einer Centaur-​Oberstufe entstand so die als LV-​3 C bezeichnete Variante, die der Erprobung der neuen Hochleistungsoberstufe Centaur diente. Die ersten fünf Atlas-​Centaur waren noch echte Entwicklungsmuster, die sich von Mission zu Mission teils erheblich unterschieden. Die sechste Mission markierte dann den Beginn einer Serie von sieben Einsätzen der Centaur D, einem frühen Serienmodell. Der verbesserte RL10 A-​3 – 3  Antrieb der Centaur-​Stufe kam aber erstmals bei der Mission AC-​8  zum Einsatz, einige Flüge erfolgten auch noch mit dem älteren RL-​10A3CM-​1  Antrieb. Verbesserte Turbopumpen, eine überarbeitete Treibstoff-​Einspritzung und ein von 40:1 auf 57:1 erhöhtes Entspannungsverhältnis charakterisierten die neuen Triebwerke, deren spezifischer Impuls um 11 s gesteigert werden konnte. Die zwei Triebwerke waren hydraulisch schwenkbar ausgeführt für eine wirksame Steuerung um alle drei Achsen. Während der antriebslosen Flugpase vor der Wiederzündung übernahmen kleine Peroxid-​Düsen die Stabilisierung und sorgten für die minimale zum Restart erforderliche Beschleunigung. Die Atlas LV-​3 C Stufe entsprach bis auf wenige Anpassungen der LV-​3 A, die zusammen mit der Agena-​Oberstufe eingesetzte wurde. Allerdings kam ein anderer Stufenadapter zum Einsatz, da die Centaur einen größeren Durchmesser als die Agena aufwies. Die Atlas LV-​3 C wurde von einem Autopiloten gesteuert, der unmittelbar nach dem Start ein Rollmanöver für den korrekten Startazimuth einleitete. Zur Umsetzung der Steuerkommandos konnten die Boostertriebwerke geschwenkt werden, was eine Kontrolle der Rakete um alle drei Achsen ermöglichte. In der weiteren Flugphase unter dem Schub des Marschtriebwerks stabilisierte das schwenkbare Haupttriebwerk die Rakete um Nick– und Gierachse, während die Vernier-​Triebwerke die Rollkontrolle übernahmen. Die Stufentrennung erfolgte durch die Zündung von Pyroladungen am Stufenadapter und anschließend von 8 kleinen Retrotriebwerken am Heck der Atlas-​Rakete. Die Nutzlastverkleidung bestand im wesentlichen aus einer Glasfaser-​Wabenkonstruktion und Leichtmetall-​Halbschalen. Mit den sieben Starts der Atlas LV-​3 C Centaur gelang es der NASA, dieses Trägersystem nach vielen Rückschlägen soweit zu perfektionieren, daß es zum Start wertvoller Nutzlasten eingesetzt werden konnte. Diese Serie begründete den Erfolg der jahrzehntelang eingesetzten Atlas-​Centaur Raketenfamilie.