嫦娥一号主要有四个任务：
·用CCD立体相机和激光高度计绘制完整的立体月球地图，从而获取覆盖全月面的地形图，有助研究月球地质构造的演化，为未来登月地点的选择提供有用的参考数据。
·探测月球上的钛和铁等14种元素分布，并会利用成像光谱仪，测定造岩矿物，如橄榄石、辉石、斜长石等在月球表面的含量与分布情况。
评估月球土壤厚度和氦-3的资源量。
·监测月-地之间的空间环境，利用高能粒子探测器和太阳风探测器记录太阳风数据，以及太阳活动对月-地之间空间环境的影响。
后期
由于减少了变轨次数，嫦娥一号省下的燃料足够其工作一年有余。在预计工作期满之时，专家预计可以将卫星轨道调整为100公里，以获得更清晰的月面图像。另有计划使嫦娥一号主动撞月。
出于避免突发事故的考虑，嫦娥一号一共制造了两颗，而由于嫦娥一号正式星的成功发射，其备份星失去了备份功能，中国探月工程首席科学家欧阳自远表示，嫦娥一号备份星（即嫦娥二号）将于2010年10月发射升空。备份星将不再进行多次变轨，而是直接进入地月转移轨道。而且，备份星的月球轨道高度也会有
变化，星载设备会有更换。
嫦娥二号探月任务
嫦娥二号分别在100×100公里的圆轨道和100×15公里的椭圆轨道进行了高分辨率成像和环月探测，完整获取了7米分辨率的月球表面三维影像数据，并完成了对嫦娥三号落月任务预选着陆区虹湾局部区域的达到1.3米的高分辨率成像。嫦娥二号CCD立体相机完成了第一个覆盖周期的拍图和六个缝区的补拍工作，获得的影像数据实现了月面99.9％的覆盖，地面应用系统利用CCD立体相机在100km轨道上获取的虹湾影像数据，制作完成了7米分辨率的“月球虹湾地区影像图”。
太阳风离子探测
通过嫦娥二号携带的太阳风离子探测器的测量、以及对得到的数据进行分析研究，发现当嫦娥卫星逐步接近月球表面的一个著名的磁异常区＂Serenitatis Antipode＂的时候，质子的密度和体速度均降低，而质子温度显著升高，这些趋势都完美的符合理论上对太阳风和“微磁层”相互作用所期待产生的效应，结果很好的验证了月球表面磁异常结构附近可能存在“微磁层”，其结果要远比以往美国LP探测器所获得的太阳风电子数据和印度Chandrayaan-1探测器所获得的氢原子数据的结果更明显，更有说服力。
拉格朗日l2点任务
2011年4月1日，嫦娥二号到达设计寿命。为了积累深空探测经验，嫦娥二号于6月9日下午离开月球，前往距地球约150万公里远的日一地拉格朗日L2点，对太阳实施探测，同时进行测控技术等试验。8月25日嫦娥二号进入日地拉格朗日L2点的环绕轨道。该轨道为类似椭圆形轨道，卫星环绕轨道1周需6个月时间。成功到达L2点后，嫦娥二号刷新了中国航天测控距离的纪录，也成为了世界首个从月球直接前往日地拉格朗日点的航天器。
4179号小行星探测任务
2012年4月15日，嫦娥二号离开地日拉格朗日L2点前往有撞击地球危险的小行星4179进行探测。北京时间2012年12月13日16时30分09秒，嫦娥二号在距地球约700万公里远的深空掠过小行星4179，最近距离仅为3.2公里，飞掠时速高达10.73公里／秒。这是中国第一次对小行星进行探测，中国也成为继美国、欧空局和日本后，第四个对小行星实施探测的国家或组织。
深空探测
设计寿命6个月的嫦娥二号在工作26个月后，将继续飞向更远的深空，并于2013年1月5日23时46分，在北京航天飞行控制中心精确控制下，嫦娥二号卫星深空探测成功突破1000万公里，2013年3月已经突破2000万公里深空，并将继续往更远的深空飞行。截至2013年6月初，嫦娥二号卫星距离地球已超过3500万公里。预计星地距离将于2013年7月14日达到5000万公里，2014年7月有望达到1亿公里。技术人员通过分析认为，嫦娥二号飞行距地最远可达到约3亿公里。嫦娥二号成为目前中国首颗飞入行星际的探测器，在后续的星际飞行中，其飞行目标将主要聚焦在星载设备长寿命考核、自主飞行能力、行星际远距离测控验证等方面。截至2013年11月26日，嫦娥二号已经距离地球超过6000万公里。2014年2月14日，嫦娥二号距离地球超过7000万公里。截至2014年年中，嫦娥二号已突破1亿公里深空。根据2020年《解放军报》的报道，在2014年，嫦娥二号探测器的下行信号逐渐消失。现在，嫦娥二号已成为太阳系的一个人造卫星，沿着椭圆轨道绕太阳飞行，预计将在2029年回到地球附近。
嫦娥三号任务目标
三大工程目标：
·突破月球软着陆、月面巡视勘察、深空测控通信与遥操作、深空探测运载火箭发射等关键技术，提升航天技术水平。
研制月球软着陆探测器和巡视探测器，建立地面深空站，获得包括运载火箭、月球探测器、发射场、深空测控站、地面应用等在内的功能模块，具备月球软着陆探测的基本能力。
建立月球探测航天工程基本体系，形成重大项目实施的科学有效的工程方法。
三类科学探测任务：
·月表形貌与地质构造调查。
·月表物质成分和可利用资源调查。
·地球等离子体层探测和月基光学天文观测。
嫦娥四号任务目标
工程目标
1．研制发射月球中继通信卫星，实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信。
2．研制发射月球着陆器和巡视器，实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。
科学任务
·开展月球背面低频射电天文观测与研究。
·开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究。
试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。
嫦娥5号任务目标
嫦娥五号的科学目标为：
·进行着陆区的现场调查和分析。
·开展月球着陆区地形探测和地质勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系。
·对月球样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特效、物质组成，深化月球成因和演化历史的研究。
工程目标包括：
·突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月地转移、地球大气高速再入、多目标高精度测控、月球样品储存等技术。
·实现首次地外天体自动采样返回，推进中国科学技术重大跨越。
·完善探月工程体系，为载人登月和深空探测奠定一定的人才、技术和物质基础。
嫦娥6号任务目标
嫦娥六号任务的科学目标为：
·完成月球背面着陆区的现场调查和分析；
·完成月球背面样品的分析与研究。
任务的工程目标为：
·突破月球逆行轨道设计与控制技术；
·突破月背智能采样技术和月背起飞上升技术；
·实现月球背面自动采样返回；
·开展有效的国际合作。
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