嫦娥三号探测器和长征三号乙运载火箭均由中国航天科技集团公司负责研制。与发射嫦娥二号时相比，用于此次发射的火箭进一步提高了可靠性和安全性。长征三号乙运载火箭为三级液体燃料捆绑式运载火箭，其助推器和一、二级的推进剂为常规推进剂四氧化十氮和偏十甲肼，三级推进剂为低温高能的液氧、液氢。中国化工集团所属蓝星(西昌)航天化工有限公司液氢厂为其生产了液氢燃料。该型号火箭可将质量达5吨的有效载荷送入同步转移轨道，是中国目前运载能力最大、技术最先进、构成最复杂的运载火箭，代表中国目前运载火箭技术的最高水平。
嫦娥三号探测器由着陆器和月球车组成。据中国探月工程总设计师吴伟仁介绍说，嫦娥三号发射任务的主要环节是近月制动、变轨、软着陆和两器分离，其中软着陆即“落月”是最重要的考验，具体来说面临着三大挑战：平稳着陆，适应月球表面崎岖地形，抵御160℃的高温和-180℃的低温。
据航天科技集团主任设计师杨建中介绍，着陆器包含11个分系统，是诸多尖端技术的集成，堪称我国迄今为止最复杂的航天器。嫦娥三号能成功降落到月面的关键是其可变推力的主发动机，首次采用了同位素温差电池以及先进的热控技术，另外还采用了月尘环境下机构的润滑与密封等技术，这些都需要尖端的润滑剂、密封橡胶、航天涂料等材料作支撑。
玉兔号月球车以太阳能电池为电源，装有2片太阳翼为车上仪器及设备供电。由于月夜时间长达14天，期间无法通过光能发电，月球车上还安装了一组锂电池和放射性热源，以维持一定温度，保证月夜结束后车上设备能从休眠状态唤醒。
另据吴伟仁透露，月球上氦3资源比较丰富，还有很多金属矿产和化学元素是地球上没有的。从之前的探测结果来分析，月球上仅氦3就有100万~500万吨。有科学家做过测算，若以1992年全世界用电量为基础，用氦3进行核聚变，只需要8吨氦3就可以解决全地球的能源问题。目前要实现氦3的探测、采集、运输、返回是一个很大的科学难题，但从长远来看不排除这种可能性。
