12月2日1時30分，搭載嫦娥三號的長征三號乙運載火箭在西昌衛星發射中心發射升空。嫦娥三號將首次實現月球軟著陸和月面巡視勘察，中國有望成為繼美蘇之后第3個實施月球軟著陸的國家。
　　
　　嫦娥三號探測器和長征三號乙運載火箭均由中國航天科技集團公司負責研制。與發射嫦娥二號時相比，用于此次發射的火箭進一步提高了可靠性和安全性。長征三號乙運載火箭為三級液體燃料捆綁式運載火箭，其助推器和一、二級的推進劑為常規推進劑四氧化十氮和偏十甲肼，三級推進劑為低溫高能的液氧、液氫。中國化工集團所屬藍星（西昌）航天化工有限公司液氫廠為其生產了液氫燃料。該型號火箭可將質量達5噸的有效載荷送入同步轉移軌道，是中國目前運載能力最大、技術最先進、構成最復雜的運載火箭，代表中國目前運載火箭技術的最高水平。
　　
　　嫦娥三號探測器由著陸器和月球車組成。據中國探月工程總設計師吳偉仁介紹說，嫦娥三號發射任務的主要環節是近月制動、變軌、軟著陸和兩器分離，其中軟著陸即“落月”是最重要的考驗，具體來說面臨著三大挑戰：平穩著陸，適應月球表面崎嶇地形，抵御160℃的高溫和-180℃的低溫。
　　
　　據航天科技集團主任設計師楊建中介紹，著陸器包含11個分系統，是諸多尖端技術的集成，堪稱我國迄今為止最復雜的航天器。嫦娥三號能成功降落到月面的關鍵是其可變推力的主發動機，首次采用了同位素溫差電池以及先進的熱控技術，另外還采用了月塵環境下機構的潤滑與密封等技術，這些都需要尖端的潤滑劑、密封橡膠、航天涂料等材料作支撐。
　　
　　玉兔號月球車以太陽能電池為電源，裝有2片太陽翼為車上儀器及設備供電。由于月夜時間長達14天，期間無法通過光能發電，月球車上還安裝了一組鋰電池和放射性熱源，以維持一定溫度，保證月夜結束后車上設備能從休眠狀態喚醒。
　　
　　另據吳偉仁透露，月球上氦3資源比較豐富，還有很多金屬礦產和化學元素是地球上沒有的。從之前的探測結果來分析，月球上僅氦3就有100萬~500萬噸。有科學家做過測算，若以1992年全世界用電量為基礎，用氦3進行核聚變，只需要8噸氦3就可以解決全地球的能源問題。目前要實現氦3的探測、采集、運輸、返回是一個很大的科學難題，但從長遠來看不排除這種可能性。