2020年11月24日，嫦娥五号成功发射，即将开始我国首次地外天体采样返回之旅。中国科学院继续牵头论证提出科学目标与有效载荷配置方案，承担了地面应用系统、有效载荷分系统、甚长基线干涉测量（VLBI）测轨分系统和多项工程关键产品的研制任务，后续还将组织开展科学数据应用研究。多家研究所参与其中，为此次高难度任务提供了科技支撑。
作为探月工程五大系统之一的地面应用系统，国家天文台负责科学探测和样品研究计划的制定，有效载荷在轨业务运行管理，探测数据接收、处理、解译和管理，月球样品存储、制备和处理，组织开展探测数据与月球样品的分析和研究。国家天文台已建成国内首个“月球样品实验室”，为避免月球样品受到地球大气、水等环境污染做好了准备，已具备“地外样品”存储、处理和分析的能力。
月壤结构探测仪是嫦娥五号探测器上的有效载荷之一。它是一种基于嫦娥五号着陆器平台的次表层穿透探测雷达，其探测任务是月球次表层结构、月壤厚度的探测，并在钻取采样过程中提供信息支持。西安光学精密机械研究所研制的全景相机为完成采样区月表形貌和地质构造调查而设计。全景相机由相距一定距离的两个相机组成，通过类似“人眼”的探测原理可以实现对目标的立体成像。
沈阳自动化研究所研制了全景相机转台，主要完成科学探测、表取采样区域成像、表取采样过程监视和协作等科学和工程目标。通过多轮优化迭代，研究人员解决了结构体筋板加固、近乎各向同性铺层等一系列复杂工艺问题，通过了所有达标试验，满足了研制要求。
上海天文台牵头的中国甚长基线干涉测量（VLBI）网，将与现有航天测控网共同完成嫦娥五号探测器各飞行段的测定轨及定位任务。我国VLBI测轨分系统由北京站、上海站、昆明站和乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心（VLBI中心）组成，分辨率相当于口径为3000多千米的巨大的综合口径射电望远镜，测角精度可以达到百分之几角秒。
上海技物所研制了月球矿物光谱分析仪、激光测距测速敏感器和激光三维成像敏感器等光电载荷。月球矿物光谱分析仪是探测器有效载荷之一，将对月球表面着陆采样区进行光谱探测和矿物组成分布分析。上海硅酸盐研究所承担了热控涂层、高温抗氧化涂层、高温隔热屏、发动机包覆材料、柔性薄膜热控涂层及组件、耐烧蚀天线透波窗，以及大尺寸二氧化碲晶体、压电陶瓷等关键材料的研制。
金属研究所研制出镁合金防腐导电性镀层。中国科学院上海有机化学研究所提供了陀螺仪专用浮液和有机热控涂层。作为我国研制及批量生产高比重、高粘度、陀螺专用氟油的重要单位，上海有机所已在生产过程中建立了独立、自主、完备的技术参数体系和研制生产体系。有机热控涂层用于航天器外表面，以应对太空工作的极端空间热环境。