Первый космический полёт он совершил с 29 августа 1988 по 27 апреля 1989 года в качестве первого космонавта-исследователя ТПК «Союз ТМ-6» вместе с В. А. Ляховым и А. Ахадом Момандом по программе ЭП-З, а также в составе ЭО-З вместе с B. Г. Титовым и M. X. Манаровым и ЭО-4 вместе с А. А. Волковым, С. К. Крикалёвым и Ж.-Л. Кретьеном (Франция). Длительность полёта — 240 суток 23 часа 35 минут и 49 секунд.
С 8 января 1994 по 22 марта 1995 совершил второй космический полёт в качестве врача-космонавта-исследователя на космическом корабле «Союз ТМ-18» и орбитальном комплексе «Мир» продолжительностью 437 суток 18 часов. Это является абсолютным рекордом продолжительности работы в космосе за один полёт.
В течение двух орбитальных полётов провёл в космосе 678 суток 16 часов и 34 минуты. По этому показателю Поляков уступает лишь пяти космонавтам в истории — Геннадию Падалке (878 дней за 5 полётов), Юрию Маленченко (827 дней за 6 полётов), Сергею Крикалёву (803 дня за 6 полётов), Александру Калери (769 дней за 5 полётов) и Сергею Авдееву (747 дней за 3 полёта), но все эти рекорды были установлены позже, и в течение 4,5 лет (до рекорда Сергея Авдеева) Поляков был первым по суммарному налёту. Рекорд по продолжительности одного полёта держится уже более 20 лет (по состоянию на 2017 год), и в ближайшие годы, судя по планам пилотируемых полётов, никто не сможет его побить.
Journal information