科學探測儀器
“嫦娥一號”攜帶了8種24件科學探測儀器，有效載荷重130千克。它們是ccd立體相機、激光高度計、幹涉成像光譜儀、γ射線譜儀、x射線譜儀、微波探測儀、太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器。
上述有效載荷不但能夠保證繞月球探測工程科學目標的實現，而且能夠部分地用於後續的月球探測計劃，並為以後的火星等其他天體的探測打下良好的基礎。
4大科學探測目標
在環月飛行期間，對月球進行為期1年的環月探測，完成4大科學探測目標。
繪製月球立體地圖
月球的地圖以前國外已經做過很多，但有很多缺陷。例如，月球上南北緯70°以上高緯度的地方，由於太陽光是斜照的，照相機拍的效果差一些，所以做得不是太好；還有，南北極的地圖也沒有完全覆蓋，而且大多不是立體圖。“嫦娥一號”要完成一個覆蓋全月高級別的月球表麵三維立體影像，以及觀測月球的地形地貌，“嫦娥一號”衛星是利用ccd立體相機和激光高度計兩者結合來實現的。
“嫦娥一號”衛星的有效載荷要求控製在140千克以下，因此探測儀器要做得小、輕而且精。一般說來，立體影像是由2台或者3台相機從不同的角度拍攝而成，如日本的“月亮女神”月球探測器就是用2台相機從前後兩個視角觀測月球表麵。而“嫦娥一號”衛星的相機設計很巧妙，隻用了1台相機。其巧妙之處在於，利用一片麵陣ccd組成了這台相機的電子“底片”，在衛星飛行過程中每次隻取ccd麵陣中的前、中、後3行像素的信號，相機在隨衛星的飛行的過程中，對月球表麵進行“逐行掃描”，就會獲得星下點、前視17°、後視17°三個視角形成的三幅二維原始圖像數據，經過三維重構後，月球表麵三維立體影像就被再現出來。
激光高度計完全是自主創新的探測儀器，分辨率較高，ccd相機隻能在月球表麵有光照的情況下獲取月表圖像，而激光高度計則不受這個限製，在月球背陽麵也能照常工作。當探測獲得的點積累得足夠多時，一張包括月球南北極的全月球的地表數字立體圖像就出爐了。
探測月球資源
月球上有很多元素對地球人類的將來是非常有用的，通過探測可以了解，哪些東西是可能對地球人類有價值，這些東西有多少，哪裏比較富集等。美國利用1998年發射的月球“勘探者”探測器，探測過5種元素（鐵、鈦、鈾、釷、鉀）在全月球上的分布。而“嫦娥一號”探月衛星要做14種元素的全月球分布探測。這樣，我們就能更清楚地知道月球上的資源有哪些，以及這些資源的分布情況。
“嫦娥一號”探測月球資源是利用幹涉成像光譜儀、γ射線譜儀和x射線譜儀3項探測儀器完成的。
月球表麵物質的原子受到宇宙射線粒子的轟擊後，會激發出各具特征的x射線和γ射線。一些天然放射性元素不用宇宙射線的激發，自身就能發射x射線或γ射線。通過γ射線譜儀測量γ譜線的能量和通量，專家可以推導出月球表麵元素的種類和蘊含程度。