嫦娥四号搭载了各式各样、功能各异的有效载荷，将为人类科学研究和空间探测发挥重要作用。嫦娥四号任务有效载荷总体指挥徐欣锋介绍，科学载荷主要分布于“两器一星”中——着陆器、巡视器、中继星，共分两次发射。
低频射电频谱仪和探测仪探测地球外天体发出的电磁信号。由于屏蔽作用，在地面上无法开展低频射电的观测。而月球背面的磁环境非常干净，到月球背面开展低频射电天文观测，可以填补射电天文领域在低频观测段的空白。中国科学院月球与深空探测总体部主任邹永廖说。
月表中子与辐射剂量探测仪中、德合作有效载荷，国际首次测量月球表面粒子基本辐射情况。对于月表中子与辐射剂量的测量在国际上属于首次，这是中国、德国合作的有效载荷，中方首席专家张珅毅研究员介绍，该载荷安装在着陆器上，核心目标是测量月球表面粒子基本辐射情况和危害程度。
中性原子探测仪中、瑞合作有效载荷，国际首次在月表开展中性原子探测，用于研究太阳风和月表相互作用。中性原子探测仪，将主要对月表的中性原子进行测量，这是中国、瑞典合作的有效载荷，安装在巡视器上。
全景相机拍摄月球地形地貌，分辨率与人眼相当。全景相机载荷主任设计师杨建峰介绍，嫦娥四号上搭载的全景相机与嫦娥三号上搭载的全景相机是“双胞胎”，由中科院西安光机所同时研制生产。
地形地貌相机可对周围进行360度成像。该载荷主任设计师钟杰介绍，地形地貌相机由中科院光电技术研究所研制，这台载荷安装在着陆器的云台上，受云台控制，展开后将对周围进行360度成像，获取着陆器周围的光学图像，用于月球地形地貌的科学考察。
测月雷达对岩石、分层、熔岩等目标进行探测。测月雷达载荷主任设计师周斌介绍，该载荷由中科院电子所研制，与嫦娥三号搭载的测月雷达没有差别，但却是重新生产的产品。
红外成像光谱仪能看到月面0.1米分辨率的月表矿物特征。红外成像光谱仪载荷副主任设计师徐睿介绍，该载荷由上海技物所研制生产。红外光谱仪与相机有所不同，光谱仪是将颜色更加细分之后对每个很窄的带宽颜色进行成像，因而观测的尺度更加微观，可以看到月面0.1米分辨率的月表矿物特征。