——突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。相比“嫦娥一号”先发射到地球附近的过渡轨道，再经过自身多次调整进入奔月轨道，“嫦娥二号”卫星将由运载火箭直接送入近地点200公里、远地点约38万公里的奔月轨道。“嫦娥一号”用了近14天时间进入工作轨道，“嫦娥二号”7天以内就可做到。因此，“嫦娥二号”任务对运载火箭推力要求更大，对入轨精度和控制精度要求更高。
——试验X频段深空测控技术，初步验证深空测控体制。“嫦娥二号”任务飞行测控将首次验证中国新建的X频段深空测控体制。相比“嫦娥一号”任务中使用的S频段卫星测控网，X频段无线电传输信号频率更高，远距离测控通信效果更好。
——验证100公里月球轨道捕获技术。“嫦娥一号”在距月面200公里处被月球捕获，“嫦娥二号”将在距月面100公里处进行制动，飞行速度更快、轨道更低、制动量更大，同时月球不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大，大大提高了对卫星制动控制精度的要求。