嫦娥工程将按“绕”、“落”、“回”3个阶段实施：

“绕”即“环月探测”阶段。将发射第一个月球探测卫星绕月飞行，目标是获取月球表面三维影像，分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，探测月壤厚度和地月空间的环境，并将图像与数据发回地面。“落”即发射月面巡视车、自动机器人登陆月球，探测着陆区岩石的化学与矿物成分，测定着陆点的热流、岩石剩磁和月表的环境，进行高分辨率摄影和月岩的现场控测或采样分析，为月球基地的选址提供月面环境、地形、月岩的化学与物理性质等数据。“回”即在实现月面巡视勘察与采样后返回。发展新型月球巡视车和小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等，在月面分析取样、采集关键性样品后返回地面。