绕月探测工程由卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用五大系统组成。

　　 卫星系统：主要任务是由卫星携带有效载荷进入环月轨道对月球进行科学探测。卫星由中国航天科技集团公司中国空间技术研究院为主研制，由GNC分系统、推进分系统、数管分系统、测控数传分系统、定向天线分系统、结构分系统、热控分系统、有效载荷分系统、供配电分系统和语音存储装置组成；有效载荷由中国科学院有关单位研制，由激光高度计、CCD立体相机、成像光谱仪、X/γ射线谱仪、微波探测仪太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器等组成。

　　 运载火箭系统：长征三号甲运载火箭由中国航天科技集团公司中国运载火箭研究院为主负责研制，主要任务是将卫星送入近地点200公里、远地点5100公里、轨道倾角31度的超地球同步转移轨道，由箭体结构、控制系统、动力系统、遥测系统、外测安全系统、推进剂系统、附加系统、姿态控制系统、分离系统等9个系统组成。

　　 发射场系统：西昌卫星发射中心承担卫星发射任务，由指挥、测试发射、测量控制、通信、气象、技术勤务6个分系统组成，主要承担发射试验任务的组织指挥，卫星测试的技术勤务保障，星箭卸车(机)，转载转运，吊装对接，火箭测试、加注及发射，火箭一、二级飞行段的测量控制，为发射任务提供通信、气象和其他技术勤务保障。

　　 测控系统：以我国S频段航天测控网为主，辅以中国科学院的甚长基线干涉天文测量系统(VLBI)，并通过国际联网增加覆盖时段，负责运载火箭发射和卫星整个飞行任务期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作、飞行控制以及卫星探测计划的实施与操作管理等任务，并通过高精度的测定轨，为地面应用系统处理科学数据提供轨道数据保障。

　　 地面应用系统：由中国科学院国家天文台负责研制，由运行管理分系统、数据接收分系统、数据预处理分系统、数据管理分系统和科学应用与研究分系统5个分系统组成，主要任务是科学探测业务运行管理，科学数据接收、存储和管理，科学数据处理、应用和研究；建设北京50米天线地面站和云南40米天线地面站，开展卫星数传信道下行数据的接收、落地记录和地面传输；开展科学数据的存储、归档、备份、授权发布，以及科学数据的处理、解译、应用和研究。