玉兔号在两个月昼内对月壤进行了2次粒子激发X射线谱仪分析，4次可视－近红外成像光谱仪分析，还利用雷达探测了一条近百米长的剖面。通过月球车玉兔的实地探测结果，在月球的火山活动历史和月壤的厚度两个方面，我们都得到了新的认识。
首先，玉兔号发现了一种新类型的玄武岩，并且这一玄武岩单元规模巨大。粒子激发X射线谱仪获得了月壤12种元素的准确含量。与阿波罗月海盆地的月壤相比，我们发现嫦娥三号着陆处的月壤铁和钛含量较高，而铝含量较低，在成分上表现出了截然不同之处，说明其下的玄武岩是一种新的类型。此外，这里的月壤中富含钾、锆、钇、铌，表明这种玄武岩混入了10-20%的克里普组分。根据玉兔号的探测结果，该玄武岩可能由富含铁和钛的月幔源区部分熔融形成，然后在上侵过程中受到月壳底部的克里普岩层混杂，最后溢出月表，充填到了雨海盆地。重要的是，雷达探测到这一年轻的玄武岩层的厚度达到195米，这说明直至距今25亿年前，雨海盆地仍有大规模的火山喷发。
其次，玉兔号首次利用雷达在月表实测了月壤厚度。借用地震勘探领域的瞬时频谱分析和偏移成像等信号处理技术，我们获得了着陆区的月壤结构和厚度。探月雷达剖面显示，月壤具有分层结构，其顶部分层厚约0.7米，质地均匀，几乎不含石块，而底界有一定的起伏，平均厚度约5米。由于月壤是小行星撞击月表岩石形成，地质年龄越大，月壤厚度也越大。嫦娥三号着陆区的年龄明显小于其他月海区域，但实测的月壤厚度明显大于其他间接方法估算的2－4米，说明整个月球的月壤厚度都可能被低估了。由于氦3和氢等重要资源主要赋存于月壤，这一发现将对这些重要资源储量的估算产生较大影响。
此外，玉兔号还在月面对原始产状的月壤就位展开了化学组成和光谱分析，其结果可以作为月球轨道遥感探测数据的校正标准值，提高全月球化学成分矿物组成的解译精度。轨道遥感能够探测全月球的化学组成分布，但是精度和准确度都较差；而就位测量精度和准确度较高，却仅能探测某个特定地点。在没有就位测量数据的时候，科学家要想评估轨道遥感数据的精确度和准确度，那是相当困难的。而玉兔号返回的就位探测数据，相当于为轨道测量数据提供了一个可以对比的标准，因为这个地点同时拥有了就位探测数据和轨道探测数据。通过与就位探测数据进行比对，科学家就可以对轨道探测数据的处理方法进行修正，从而提高精确度和准确度。作为我国第一个自主研发的月面巡视探测器，月球车玉兔已经完成了它的历史使命。虽然，月球车玉兔最终没能穿越两类玄武岩的交界线，留下了些许遗憾。但是，无论在工程技术方面，还是在科学研究方面，它对我国的深空探测事业都具有非凡的意义。在工程上，它是零的突破。而在科学上，它为我们进一步了解月球的形成和演化提供了新的认识。
为了探测月球的物质成分和地下结构，玉兔号携带了3样科学设备，分别是粒子激发X射线谱仪，可视－近红外成像光谱仪和探月雷达。粒子激发X射线谱仪搭载在月球车玉兔的机械臂上，用于探测月壤和月岩的化学成分分析。它利用自身携带的放射源产生α粒子和X射线，轰击样品表面以产生X射线荧光。根据X射线荧光的能量和强度，可以计算样品表面的化学成分。可视－近红外成像光谱仪则安装在玉兔号的前端，能够获取样品表面的可视－近红外光谱，从而计算其主要矿物组成。值得一提的是探月雷达，这是人类探月以来首次在月球表面直接进行雷达探测任务。探月雷达在月球表面激发电磁脉冲，这些电磁波传入月表以下，遇到电磁属性不同的地层，便会在界面上反射。利用天线接收反射回来的电磁波，便能够反推月壤和浅表月岩的分层结构。月球车玉兔上的探月雷达，低频通道的探测深度可达400米，而且由于直接在月球表面上探测，它的分辨率要比其他方法更高。
“嫦娥三号”月球探测器于12月2日1时30分00秒34毫秒，在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功点火推上太空。“嫦娥三号”携带“玉兔号”月球车首次开始了奔向38万公里之外的月球之旅。嫦娥三号重量约为3780公斤，搭载的月球车重量约140公斤，比美国和前苏联的月球车重量更小，功能也更加齐全。运载火箭将嫦娥三号直接送入地月转移轨道飞行约5天，进入100公里环月圆轨道飞行约4天，变轨进入15公里*100公里椭圆轨道，再飞行约4天后，从高度约15公里的近月点开始慢慢由动力控制软着陆，成功后探测器释放玉兔月球车，开展预定的月面巡视勘察，月表形貌与地质构造调查等一系列科学探测。
嫦娥三号探月航天器包括着陆器和携带的玉兔号月球车，它不仅要在月球表面上实施软着陆，并且还要在月球上释放我国首辆“玉兔”月球车，获取月球物质成分并进行分析，发回数据和图像，再携带月球样本返回地球。
嫦娥三号在月面软着陆成功后，其中着陆器定点守候，月球车在地面遥感控制下在月球表面巡游90天，搜索范围达到5平方公里，并抓取月壤在车内进行分析，得到的数据将直接传回地球。此次科学目标包括：月表形貌与地质构造、月表物质成分和资源调查、月球内部结构，携带光学望远镜、测月雷达、紫外相机等设备在月球开展科学实验，观测宇宙和回望地球，考察日地月空间环境。嫦娥三号将刷新人类月球探测史的几项“首次”，包括首次把“望远镜”架到月球上、首次从月球“回望”地球等离子体层、用雷达对月球进行两个深度上的精细探测。如果嫦娥三号月球探测获得圆满成功，这为进一步实现我国载人登月计划奠定基础。
