与“嫦娥”三号、“嫦娥”四号不同，“嫦娥”五号将实现4个重大首次突破：首次在月球表面自动采样；首次从月面起飞；首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接；首次带着月壤以第二宇宙速度返回地球。
“嫦娥”五号计划在月面采集2千克样品，并且是通过两种方式获得月壤。一种方式是利用钻取器，在月球上降落之后，由它来负责钻取，获取深度为2米的月球样品。
另一种方式是用机械臂的电铲铲取月壤，取得月球表面具有独特信息的月球样品。获取的样品必须尽量保持原样，不能破坏其层次结构。此外还要在月面真空环境下完成样品封装，并带回地球，整个环节必须分毫不差。苏联曾多次尝试月面采样，仅成功3次，共带回样品300多克，可见其难度。
完成月面采样后，“嫦娥”五号的上升器要从月面起飞，摆脱月球引力抵达环月轨道。这个任务将由上升器来完成，上升器将在月球表面进行首次月面起飞，但只能进行短距离的飞行。因为它携带的燃料有限，不可能直接飞回地球，只能到达在月球轨道飞行的轨道器，由轨道器携带返回器完成接下来的行程。
在月球采集的样品被送入月球轨道后将与轨道器对接，它们的对接将是“针尖”对“针尖”的对接，而这种对接在距离地球38万千米外进行，地球上无法看见，也根本无法提供数据和测控支持，完全由事先植入的人工智能来完成，也就是说月球轨道上任何一点无法预料的变化都有可能令对接失败。在交会对接之后，还要实现样品的转移，样品要从上升器里转移到返回器里，过程也比较复杂，动作很多，难度较大。
与“神舟”飞船回家时一头扎进大气层不同，“嫦娥”五号返回地球的速度非常快，将达到11.2千米每秒的第二宇宙速度，以这样的速度进入大气层，势必会因为高温而被烧毁。要控制它减速至7.9千米每秒的第一宇宙速度进入地球轨道，乃至最终安全返回到指定地点，这些都有很大难度。要在进入大气层阶段把速度降下来，我国选择了“弹跳式”再入返回技术。
当“嫦娥”五号以计算好的某个角度与大气层接触后，和大气层产生相互作用力，“嫦娥”五号就像碰触到水面的小石子一样，弹跳起来，然后再次接触大气层，就像人们时常玩的“打水漂”，以达到减速目的。这个控制要求比较高，弹跳需要精确计算，一不小心就被弹回大气层外，再也无法回到地球。为克服气流等引起的不确定因素，在弹跳过程中，还有多台小发动机在适时点火，控制姿态，确保每一步升降都准确。
只有每一步都准确，才能准确降落至内蒙古中部的预定降落场。飞行器从月球轨道回家，采用“弹跳式”进入大气层的方式，仅有苏联采用过。