A GRAIL-ikreknek (a Gravity Recovery and Interior Laboratory meghatározásból származó betűszó az expedíció küldetésére utal) nevezett szondák várhatóan szilveszter táján állnak pályára a Hold körül. A berendezések 55 kilométerre a Hold felszíne fölött, poláris pályán keringenek majd. A távolság változó lesz közöttük, és folyamatosan mérik majd az égitest tömegeloszlását. Az adatok segítségével a Nasa kutatói részletesen meghatározhatják a Hold gravitációs mezejét, és vélhetően a Hold kialakulásáról is sok új információt szereznek.

Az égitest tömegvonzási viszonyairól annyit már most is tudunk, hogy a felénk forduló oldalon, a sötét "tengerek" fölött akár fél százalékkal erősebb lehet a gravitációs erő, mint másutt. Ennek részben talán a medencéket kitöltő nehezebb bazalt az oka, de a magyarázat még pontosításra szorul. Az ugyanakkor bizonyos, hogy a jelenség létezik, és számolni is kell vele, amikor a Hold körüli keringő űreszközök pályáját vagy leszállási helyét tervezik.

A küldetés másik fő célja a Hold belső szerkezetének feltérképezése: annak tisztázása, hogy mekkora és milyen felépítésű a mag és a köpeny, miért vastagabb jelentősen a túlsó oldalon a kéreg, hogyan keletkeztek a "tengerek" és a masconnak nevezett tömegkoncentrációk.

A szonda-ikrek 90 napon át keringenek a Hold körül, utána pedig a kutatók 12 hónapon át elemzik majd az űrszondák által összegyűjtött információt. Az első adatok 30 nappal a gyűjtés megkezdése után lesznek elérhetők.