第三步为“回”，即在2020年前，发射月球采样返回器，软着陆在月球表面特定区域，并进行分析采样，然后将月球样品带回地球，在地面上对样品进行详细研究。这一步将主要突破返回器自地外天体自动返回地球的技术。

　　据国防科工委月球探测工程中心副主任郝希凡介绍，探月工程本着以实现最终功能为目标，分步实施为原则，工程的每一步都是对前一步的深化，并为下一步奠定基础，其递进衔接关系表现为：

　　一期工程，地月转移＋环月。将突破地月转移轨道和近月制动等关键技术，实现绕月探测，对月球进行全球性普查式探测；

　　二期工程，地月转移＋环月＋软着陆/巡视勘察。掌握在月面着陆、就位和巡视探测及月夜生存等技术，实现软着陆和巡视探测，开展月球区域性的精细就位探测；

　　三期工程，地月转移＋环月＋软着陆/巡视勘察＋月面上升＋月球轨道交会对接＋月地转移＋地球大气再入。掌握月面起飞、月面取样和月球轨道交会对接、月-地返回飞行的技术。将新研制上升舱和返回舱，继承并完善轨道器、着陆探测器、巡视探测器等功能单元，突破月球轨道交会对接和月面采样返回等关键技术，实现采集月表样品返回地面后的试验室精准分析。

　　“装备高科技装置的‘嫦娥一号’卫星奔赴月球后，将完成四项科学任务。”欧阳自远说。

　　这四项任务是：

　　绘制立体的月球地图。将搭载1台CCD立体相机和1个激光高度计。完成月面每个探测点(包括南北极的黑暗深坑)的海拔高度测量；

　　探测月球上元素的分布。将用伽马／X射线谱仪探测月球上14种元素的分布。了解月球上分布着哪些资源，将来建月球基地时就可选择在资源富集的地区，通过开采月球资源，满足人类社会的需求；

　　评估月球上土壤的厚度和氦-3的资源量。将搭载一台微波探测仪，这是世界上首次在探月卫星上装载微波遥感装置。利用该仪器可估算出月球土壤厚度和月球上氦-3的总量及分布。氦-3是地球上极其稀少的可替代石油的 能源；

　　监测远至40万公里范围的空间环境，记录原始太阳风数据，研究太阳活动对地月空间环境的影响。这些关键数据对今后深空探测器的环境防护设计具有重要参考价值。

　　“绕月探测工程全部完成，估计最多数百亿元人民币。”欧阳自远表示，第一期工程总投资约14亿元人民币，仅相当于北京市两公里地铁的造价。

　　“实施以‘嫦娥’命名的探月工程具有重大意义，它是继发射地球卫星、突破载人航天技术之后，我国空间科学和技术发展史上第三个里程碑，是我国实现深空探测‘零的突破’的标志性工程。”新任国防科工委主任张庆伟说。