Согласно расчетам НАСА, аппарат GRAIL-A первым займет нужную позицию в ночь с 30 на 31 декабря, а через несколько часов относительно первого аппарата будет выравнен и второй спутник GRAIL-B. Ожидается, что 1 января оба аппарата должны начать двигаться относительно Луны и друг друга по заданной орбите.

После орбитального выравнивания, оба аппарата должны проработать на лунной орбите около 9 месяцев, изучая гравитацию нашего спутника с "беспрецедентной точностью". На окололунной орбите аппараты передают радиосигналы друг другу, чтобы точно позиционировать расстояние между друг другом. При помощи точного расстояния между ними исследователи намерены изучить гравитационное поле Луны. Судя по гравитации, можно будет косвенно говорить и о внутренности нашего спутника.

Миссия GRAIL была выбрана из двух десятков других научных предложений, ориентированных на исследования Луны. Ученые намерены использовать массу научных инструментов, в том числе тепловые датчики, рентгеновские инструменты и другое оборудование, для изучения коры Луны, ее мантии, структуры химических элементов, находящихся в ней, а также ядра, которое, как полагают на сегодня, довольно сильно отличается от земного по своему составу. На окололунной орбите оба аппарата будет разделять расстояние примерно в 120 - 360 километров, а лететь они будут на высоте около 55 км над поверхностью Луны.

Ранее в НАСА уже запустили миссию GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), предназначенную для изучения гравитационных полей Земли. GRACE картографирует гравитационное поле, измеряя положение двух идентичных спутников, находящихся на полярной орбите на высоте 500 км. Спутники были запущены с космодрома Плесецк 17 марта 2002. C тех пор аппараты непрерывно обмениваются радиосигналами в микроволновом диапазоне, что позволяет с микронной точностью отслеживать изменения расстояния между ними. Собственное движение и ориентация спутников регистрируются с помощью GPS приёмников, акселерометров, и звёздных датчиков. Кроме того, спутники оснащены уголковыми отражателями для использования в спутниковой лазерной дальнометрии.

Спутники пролетают над каждым участком Земли приблизительно раз в месяц, что позволяет прослеживать естественные перемещения масс. 

По аналогичной системе работают и лунные аппараты. В сообщении космического агентства говорится, что данные, полученные с GRAIL, будут в 1000 раз точнее лунных карт гравитации, имеющихся на сегодня. Стоимость аппаратов GRAIL составила 375 млн долларов. Общая стоимость всей миссии - 496 млн долларов.