２０００年发布的《中国的航天》白皮书指出，深空探测是指对太阳系内除地球外的行星及其卫星、小行星、彗星等的探测，以及太阳系以外的银河系乃至整个宇宙的探测。

“深空探测对人类了解太阳系的起源、演变历史和现状，进一步认识地球环境的形成与演变、探索生命的起源和演变以及积极开发和利用空间资源具有重要意义。”绕月探测工程月球科学应用首席科学家欧阳自远说。

“探月工程是中国在深空这一重大领域科学探索的开始。它不仅仅局限于月球，而是将不可逆转地向火星、金星、土星，向着太阳系所有行星，甚至太阳系外发展。”孙家栋说。

一是绘制完整的三维月球地图,这项任务将由CCD相机和激光高度计联合完成。

二是进行月球表面化学元素含量和物质类型的分布的探测,这项任务将由γ/X射线谱仪联合完成。

三是进行月壤的探测,这项任务将通过微波探测仪来完成。

四是探测地月空间环境,这项任务将由高能粒子探测器和太阳风离子探测器联合完成。

2004年－2007年 为“绕”的阶段，主要目标是发射“嫦娥一号”探测卫星，对月球进行为期1年的全球性、整体性和综合性探测；

2007年－2012年 为“落”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆与月球巡视探测；

2012年－2017年 为“回”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆并采样返回。只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实施载人登月