月球卫星是以地球为基地发射的，经历多次机动飞行以后才能进入月球卫星轨道。月球存在异常复杂的引力场使得月球卫星的轨道有着与地球卫星轨道不同的特性。

月球勘测轨道飞行器（Lunar Reconnaissance Orbiter，简称LRO）是美国国家航空航天局（NASA）“新太空探索计划”的首个任务，该方案在2004年提出，2009年6月18日下午5：32发射，2009年6月23日进入月球轨道，2009年9月15日开始探测任务。月球轨道探测器的任务包括在月面寻找安全的着陆点，寻找潜在的资源，研究月面的辐射环境并论证一些新的技术。这枚探测器由NASA的综合探索任务执行委员会负责，在50千米高的极月轨道上运行一年。LRO会传回包括全日月温度图、昼夜温度图、月面大地坐标、全球大地测量网格、高分辨率彩色图片以及月面紫外反照率在内的大量月球数据。经过处理的数据集将有助于世界更深入地了解月球环境，为人类安全往返月球以及未来人类探索太阳系铺平道路。

中国的探月工程以“嫦娥”号探测卫星命名。2007年10月首颗探月器——嫦娥一号卫星发射成功，其飞行轨道为200千米高的极月圆轨道，配置了5类8台科学探测仪器。嫦娥一号在轨运行495天后，于2009年3月1日停止运行；嫦娥二号探测器于2010年发射成功，获得国际最高的7米分辨率全月图和月球虹湾地区1.5米高分辨率局部影像图；由着陆器和巡视器（即玉兔号月球车）组成的嫦娥三号于2013年成功落月开展月面巡视勘测；嫦娥五号再入返回飞行试验器绰号为“舞娣”，是中国探月工程第三阶段的月球探测器嫦娥五号发射前用于技术工程试验的一颗探路星，主要承担探月工程三期的绕月高速返回地球技术的实践验证等任务，于2014年10月发射成功，3天后返回地球；2018年5月，鹊桥号中继星发射成功，同年12月，嫦娥四号发射成功，实现了人类首次月球背面软着陆和巡视探测。除此之外，中国探月三期工程还发射嫦娥五号、嫦娥六号探月器，等到嫦娥五号和六号共同完成中国探月三期工程后，将为中国载人登月奠定一定的基础。