要探測月球上一些元素的分布，首先要了解哪些元素可能對地球有用，其儲量和分布又如何？“嫦娥一號”將做14種元素的全月球分布圖，包括美國已做過的5種元素(鐵、鈦、鈾、釷和鉀)。元素分布圖的確定可以為將來月球基地選址提供參考。“嫦娥一號”衛星上搭載的Y/X射線譜儀就可完成這一使命。月球土壤的厚度和3氦的資源量的探測由“嫦娥一號”衛星上的微波探測儀來完成。微波探測儀可以對微波波段的物體進行照相，探測這些物體的微波輻射強度。由於微波探測儀能夠實行全天候工作，除了可以不分白天黑夜工作，還具有一定的穿透功能，能夠探測到埋藏在一定深度的物體。科學家們通過對月球微波輻射強度的分析，便可估算出月球上3氦的總量，而且還能知道哪些地區比較多，哪些地區比較少。根據資料顯示，用微波探測儀進行月壤厚度和3氦資源量的探測是世界上首次，或許探測的精確度不會很高，甚至比較粗略。但通過加強對月球微波遙感後的地麵仿真研究和模擬試驗，再借鑒以往的經驗，應該說可以達到一個前所未有的新認識。3氦是一種寶貴的可控核聚變發電重要原料，如果我國用3氦材料進行發電，隻需要十多噸3氦，就可解決我國一年的全部能源需求。而在月球上卻儲藏著可供全人類使用700年的3氦。
為了監測從地球到月球這38萬千米範圍內的空間環境(目前我國僅監測7萬千米內的空間環境)和記錄原始太陽風數據，研究太陽活動對地-月空間環境的影響。“嫦娥一號”上的太陽高能粒子探測器和低能離子探測器可以探測到4萬~40萬千米間的空間環境。這些關鍵的科學數據對今後深空航天器的環境防護設計具有重要的參考價值。
衛星飛行軌道的選定是一項極為重要的技術內容，是我國衛星第一次進行38萬千米這樣漫長而遙遠的飛行，飛行軌道的選定更是不能等閑視之。
飛行軌道的選定必須能滿足這樣幾個要求：一是能實現對全月麵進行觀測，因此擬選擇月球極軌。二是使獲得的數據具有相同的分辨率，擬采用近月圓軌道。三是要具有較高的圖像分辨率。為此，軌道高度擬設置在100~200千米以內。四是根據“嫦娥一號”應有一年的使用壽命，如果選定的軌道高度為100千米，可能會因月球引力場的異常，而在半年內墜落月麵，這是我們所不希望出現的。為避免萬一有這樣的情況發生，軌道高度應向高端定位，即200千米。
五是必須考慮光照條件，在一年的繞月飛行中，僅靠太陽板的單軸旋轉已不能滿足要求，為此需設計成衛星作90毅旋轉的飛行姿態。在日光下，衛星的光照時間為82分，陰影時間為45分，衛星的飛行周期為127分。六是衛星軌道高度的保持很重要，估計由於月球引力場等的作用，一年內“嫦娥一號”的飛行軌道有可能滑落至100千米左右，因此必須對“嫦娥一號”的飛行軌道作出調整，根據經驗，其軌道高度調整的時間為每兩個月一次。
奔月軌道的選擇，應是一條遠地點為38萬千米的大橢圓軌道。“嫦娥一號”
衛星采取的是近地點為600千米，並逐步增加近地點速度，以抬升遠地點的方式。加速則采用三次加速方案，使衛星的遠地點高度分別達到5.1萬千米、7.1萬千米和12萬千米左右。這三次軌道變化周期分別需16小時、24小時和48小時。這樣的設計將有利於地麵測控係統的工作。
當“嫦娥一號”衛星通過三次加速後，踏上了一條地-月轉移軌道，向著月球飛去。下一步最為關鍵的是“嫦娥一號”衛星要能被月球捕獲，而且要非常完美地被捕獲，萬一捕獲得不夠完美，將使衛星掠月而過或撞月觸地，“嫦娥一號”一旦掠月而過，可能再也完不成繞月飛行、探月的任務，撞月觸地的結果和掠月而過相同，都是嚴重的失誤。
“嫦娥一號”要能被月球正常捕獲必須進行3次減速，使軌道周期從12小時、3.5小時變為環繞月球的極地圓軌道所設定的127分鍾。這3次減速是由設在衛星上的測控係統實施的。
“嫦娥一號”衛星測控係統主要完成衛星的自動調整和衛星姿態的確定，對月、對地、對星、對太陽的多體跟蹤與控製等功能。為完成衛星在軌運行的各項任務，衛星上裝有諸多儀器，如對日敏感器、對月紫外敏感器、對星敏感器、推力控製器、星載計算機等，並且衛星上的製導、導航、控製具有自我診斷和故障處理能力。為了確保運行可靠，星載計算機等均采取冗餘設計，並對“嫦娥一號”衛星的數據處理係統作了認真周密的設計，還將以往衛星設計的經驗應用到“嫦娥一號”衛星上並作出適應性修改。