六大工程目标包括：
——突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。突破直接进入奔月轨道的弹道设计技术、运载火箭低温三子级滑行时间可调技术，利用长征三号丙运载火箭将卫星直接送入地月转移轨道，降低二期工程后续任务的实施风险。
——试验X频道深空测控技术，初步验证深空测控体制。在嫦娥二号卫星上搭载X频段应答机，与我国X频段地面测控设备配合，验证X频段测控体制，为嫦娥三号任务积累工程经验。
——验证100公里月球轨道捕获技术。选择与嫦娥三号任务相似的奔月、月球捕获轨道，通过实际飞行掌握直接奔月和100公里近月捕获技术，为嫦娥三号任务探索技术途径；嫦娥二号卫星在100公里轨道长时间运行，探测100公里轨道空间环境，积累更多的近月空间环境数据，提高月球探测热红外分析模型的准确性。
——验证100公里×15公里轨道机动与快速测定轨技术。开展100公里×15公里轨道机动试验，验证嫦娥三号任务着陆前在不可见弧段变轨的星地协同程序；在100公里×15公里轨道飞行期间，验证100公里×15公里轨道快速测定轨能力，这些测定轨数据对深入研究月球重力场分布，提高重力场模型精度有重要意义。
——试验低密度校验码(LDPC)遥测信道编码、高速数据传输、降落相机等技术。配置降落相机，校验其对月成像能力；试验强纠错能力的LDPC信道编译码技术，提高卫星遥测链路性能，为探月工程和其他深空探测项目提供技术储备；将卫星数传码速率提高至 6Mbit/s，试验12 Mbit/s，以期满足数据传输量增大的需求。
——对嫦娥三号任务预选着陆区进行高分辨率成像试验。在100公里×15公里轨道，CCD立体相机在 15公里近月点处对嫦娥三号任务预选着陆区进行优于1.5米分辨率成像试验；在100公里圆轨道，对预选着陆区进行优于10米分辨率成像。利用预案着陆区月表图像，绘制三维地形图，有利于定量评估预选着陆区的特性，提高嫦娥三号任务着陆安全性。
四大科学目标包括：
——获取月球表面三维影像，分辨率优于10米。利用CCD立体相机获取高分辨率的月球表面三维影像，结合激光高度计获取的月表地形高程数据，可获取月球表面高精度地形数据，为后续着陆区优选提供依据，同时为划分月球表面的地貌单元精细结构、断裂和环形构造，提供原始资料。
——探测月球物质成分。利用经技术改进的γ射线谱仪和X射线谱仪，可以探测月球表面9种元素——硅、镁、铝、钙、钛、钾、钍、铀的含量与分布特征，获得更高空间分辨率和探测精度的元素分布图。
——探测月壤特性。利用微波探测技术，测量月球表面的微波辐射特征，获取3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz的微波辐射亮度温度数据，估算月壤厚度。
——探测地月与近月空间环境。嫦娥二号卫星在轨运行期间正是太阳活动高峰年，是探测研究太阳高能粒子事件、CME、太阳风，及它们对月球环境影响的最佳探测时期。利用太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器，获取行星际太阳高能粒子与太阳风离子的通量、成分、能谱及其随时空变化的特征，可研究太阳活动与地月空间及近月空间环境的相互作用；获取地月空间环境数据，可为后续探月工程提供环境科学数据。
此次任务由5大系统构成 总投入约9亿元
中国国防科工局探月与航天工程中心提供信息称，“嫦娥二号”任务总经费投入大约9亿人民币，共由卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用5大系统构成。
卫星系统：由中国航天科技集团公司空间技术研究院为主承担，其中有效载荷由中国科学院负责研制。其主要任务是研制“嫦娥二号”卫星，完成在轨试验和探测任务。
运载火箭系统：由中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院为主承担，主要任务是改进研制“长征三号丙”运载火箭，将“嫦娥二号”卫星直接发射至近地点200公里、远地点约38万公里的地月转移轨道。
发射场系统：由西昌卫星发射中心和北京特种工程研究院承担，主要任务是完成发射场适应性改造及发射试验任务的组织、指挥、实施和技术勤务保障。
测控系统：由北京跟踪与通信技术研究所负责总体设计，北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心、中国卫星海上测控部和中科院上海天文台等单位承担，并与欧空局积极开展国际测控联网合作。主要任务是完成火箭发射、卫星奔月和在轨工作等全寿命的测控任务，并支持卫星系统开展相关技术试验和科学探测任务。
地面应用系统：由中科院国家天文台为主承担，负责科学探测计划制定，有效载荷的在轨运行管理，探测数据的接收、处理、解译和管理，并开展科学数据的研究与应用。
背景：中国探月工程三部曲
2020年前，中国月球探测工程以无人探测为主，分三个实施阶段。
“绕”：2004年～2007年(一期)，研制和发射我国首颗月球探测卫星，实施绕月探测。这一阶段主要任务是研制和发射月球探测卫星，突破绕月探测关键技术，对月球地形地幔、部分元素及物质成分、月壤特性、地月空间环境等进行全球性、整体性与综合性的探测，并初步建立我国月球探测航天工程系统。
“落”：2013年前后(二期)，进行首次月球软着陆和自动巡视勘测。主要任务是突破月球软着陆、月面巡视勘察、深空测控通讯与遥控操作、深空探测运载火箭发射等关键技术，研制和发射月球软着陆探测器和巡视探测器，实现月球软着陆和巡视探测，对着陆区地形地貌、地质构造和物质成分等进行探测，并开展月基天文观测。
“回”：2020年前(三期)，进行首次月球样品自动取样返回探测。主要任务是突破采样返回探测器小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等技术；在现场分析取样的基础上，采集关键性样品返回地球，进行试验室分析研究；深化对地月系统的起源与演化的认识。