嫦娥四號”任務的工程目標主要有兩個：研製、發射月球中繼通信衛星，實現國際首次地月L2點的測控及中繼通信；研製、發射月球著陸器和巡視器，實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。
其科學目標主要有三個：開展月球背面低頻射電天文觀測與研究；開展月球背面巡視區形貌、礦物組分及月表淺層結構探測與研究；試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。
作為“嫦娥三號”的備份，“嫦娥四號”仍由著陸器和巡視器組成，但是因為“嫦娥四號”與“嫦娥三號”的科學目標不同，因此兩者所裝載的科學載荷有明顯變化，更換了部分科學載荷，其中最主要的特點是裝載了國際科學載荷。
“嫦娥四號”的著陸方式與工作狀態跟“嫦娥三號”也有很大區別，性能上有很大提升，這是因為“嫦娥三號”相當於在華北平原著陸，而“嫦娥四號”則相當於在崇山峻嶺的雲貴川地區著陸。
月球正面有較為寬闊的平原，雖然也有許多隕石坑，但即使是坑底也相對平整，所以“嫦娥三號”是以弧形軌跡緩慢著陸。
月球背面的地形很複雜，隕石坑更多，大坑套小坑，地勢更陡峭，山峰林立，很難找出再大一些、平坦一些的地方供“嫦娥四號”安身。由於“嫦娥四號”要在凹凸不平的地方軟著陸，所以需要具有比“嫦娥三號”更準確的著陸精度。為了不撞到峭壁，“嫦娥四號”具備很高的自主導航和避障功能，以便自主尋找地勢相對平坦的地區進行著陸，採取近乎垂直的著陸方式。
“嫦娥三號”在長月夜零下180℃的環境中是不能工作的，而“嫦娥四號”將採取新的能源供給方式——同位素溫差發電與熱電綜合利用技術，以保證其度過寒冷漫長的月夜及正常開展探測工作，在國內首次實測月夜期間淺層月壤的溫度。
“嫦娥四號”的月球車雖與“嫦娥三號”攜帶的“玉兔號”月球車外形和重量一樣，是全球目前重量最小的月球車，但由於要首次在月球背面軟著陸和巡視，因此針對月球背面複雜的地形條件、中繼通信新的需求、極大的溫差和科學目標的實際需要等因素，對“嫦娥四號”月球車進行了適應性更改和有效載荷配置調整，在運動安全、能源供給、科學探測和測控通信等方面均做了特殊的設計。尤其在線路方面進行了設計改進和試驗驗證，使它更強大，既不怕極熱極冷的“廣寒宮”，又能完成更多新任務。
此外，“嫦娥四號”的月球車還針對“玉兔號”在執行任務過程中遇到的一些問題，有針對性地進行了電纜設計的改進和試驗。“嫦娥四號”的月球車僅在電纜鉤掛、摩擦方面就做了上千次試驗，同時也儘量減少電纜裸露在外的面積，減少電纜的故障風險。
“嫦娥四號”任務完成後，我國將執行探月三期任務，發射“嫦娥五號”採樣返回器，它由上升器、著陸器、軌道器、返回器四個部分組成，將完成探月工程的重大跨越——帶回2千克月球樣品。
此後，我國探月工程將實施第四期工程，主要任務包括開展以機器人為代表的月球南北極探測，然後建立無人的月球科考站。最終，我國將實現載人登月的宏偉目標。
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