Вполне естественно, что Луна, как ближайшее к Земле небесное тело, стала первым объектом, к которому направились космические аппараты.
Советские автоматические межпланетные станции первого поколения "Луна-1, -2, -3" не использовали ни коррекцию курса на траектории Земля - Луна, ни торможение при подлёте. Они совершали полёт напрямую. Стартовав с Земли 2 января 1959 г., станция "Луна-1" массой 361 кг впервые достигла второй космической скорости (т. е. минимальной скорости, которую должен развить стартующий с небесного тела объект, чтобы преодолеть силу его притяжения; для Земли она равна 11,19 км/с) и прошла на расстоянии около 6 тыс. километров от поверхности Луны.
"Луна-2" достигла лунной поверхности 14 сентября 1959 г. вблизи центрального меридиана (место посадки этой станции теперь называется Заливом Лунника). Её приборы показали, что Луна практически не имеет собственного магнитного поля. А на борту станции "Луна-3" находилась фототелевизионная аппаратура, впервые передавшая на Землю снимки части видимого и почти 2/3 невидимого полушария. На них было большое количество дефектов, но, несмотря на это, учёным удалось выявить множество деталей на обратной стороне Луны. Открытые "Луной-З" кратеры получили названия: Циолковский, Курчатов, Джордано Бруно, Жюль Берн и др.
Крупномасштабное фотографирование отдельных участков поверхности видимого полушария выполнили в процессе падения на Луну американские космические аппараты
"Рейнджер-7, -8, -9" в 1964 и 1965 гг. Советская станция "Зонд-3" завершила фотографирование невидимого полушария.
Первая мягкая посадка на лунную поверхность была осуществлена в феврале 1966 г. советской автоматической станцией "Луна-9". Телекамеры передали на Землю панорамы окружающего ландшафта с разрешением до нескольких миллиметров. В 1966 г. на орбиту вокруг Луны также были выведены искусственные спутники "Луна-10, -11, -12". На них были установлены приборы для исследования спектрального состава инфракрасного и гамма-излучения лунной поверхности, оборудование для регистрации метеорных частиц и др. В том же году американский аппарат "Сервейор-1" совершил мягкую посадку на Луну и в течение шести недель передавал на Землю снимки поверхности. В конце декабря 1966 г. мягкую посадку выполнила станция "Луна-13", её выносные приборы исследовали свойства лунного грунта, а телевизионные камеры фотографировали окружающую местность.
Мягкие посадки в различных районах Луны осуществили американские космические аппараты "Сервей-ор-3,-5,-6,-7" (1967-1968 гг.), которые должны были исследовать лунную поверхность и выбрать места посадок космических кораблей серии "Аполлон". Пять американских искусственных спутников "Лунар орбитер" в 1966-1967 гг. фотографировали Луну и изучали её гравитационное поле. Детальная съёмка поверхности в районе лунного экватора, выполненная этими спутниками, также нужна была для отбора будущих мест посадок космических кораблей с астронавтами.
Отработка элементов программы полёта на Луну проводилась сначала непилотируемыми кораблями серии "Аполлон", а затем и пилотируемыми ("Аполлон-8, -9, -10"). Весил "Аполлон" 44 т и состоял из основного блока и лунной кабины, включавшей посадочную и взлётную ступени. Пилотируемые облёты Луны планировались и в нашей стране. Для отработки манёвров на орбите использовались космические аппараты "Зонд-4, -5, -6, -7, -8". Однако от этих планов отказались после того, как такие облёты совершили американские астронавты.
Место посадки лунной кабины космического корабля "Аполлон-11" было выбрано в Море Спокойствия, где уже побывали аппараты "Рейнджер-8" и "Сервейор-5". Астронавты Нил Армстронг и Эдвин Олдрин осуществили посадку 20 июля 1969 г. Первым из кабины вышел Армстронг, произнеся при этом фразу, ставшую исторической: "Это небольшой шаг для человека, но огромный скачок для человечества". Астронавты разговаривали с президентом США, используя космическую радиосвязь; установили отражатель лазерного излучения, сейсмометр, сделали снимки, собрали 22 кг образцов лунного грунта. Все работы заняли у них 2 ч 30 мин. За это время астронавты удалялись от посадочного модуля на расстояние до 100 м. В основном блоке на орбите находился Майкл Коллинз, который также проводил научные исследования.
Астронавты "Аполлона-12", запущенного 14 ноября 1969 г., Чарлз Конрад и Алан Бин совершили посадку в районе Океана Бурь, недалеко от лунного экватора. В основном блоке корабля на орбите вокруг Луны оставался Ричард Гордон. Конрад и Бин дважды выходили на поверхность, установили аппаратуру для изучения сейсмической активности Луны и состава частиц солнечного ветра у её поверхности. Поскольку место посадки было выбрано рядом со станцией "Сервейор-3", которая пробыла на Луне два года семь месяцев, в задачу астронавтов входило её обследование. Они не обнаружили никаких следов разрушения станции; только слой рыже-коричневой пыли покрывал её. На этот раз было собрано 34 кг образцов лунной породы.
Экипаж "Аполлона-13" не смог выполнить посадку на Луну из-за взрыва в двигательном отсеке основного блока. Совершив облёт Луны, астронавты вернулись на Землю через семь дней.
Советская автоматическая станция "Луна-16" в сентябре 1970 г. произвела мягкую посадку в Море Изобилия, где специальным грунтоза-борным устройством была взята лунная порода весом 105 г и помещена в возвращаемый аппарат, который доставил её на Землю. В том же году станцией "Луна-17" впервые был доставлен самоходный аппарат "Луноход-1", проделавший путь длиной 10,5 км и передавший на Землю множество снимков. С помощью установленного на "Луноходе-1" лазерного уголкового отражателя удалось уточнить расстояние от Земли до Луны.
Экспедиция "Аполлона-14" проходила с 31 января по 9 февраля 1971 г. Репортаж с места посадки лунной кабины в районе кратера Фра Мауро передавался на Землю. Астронавты Алан Шепард и Эдгар Митчелл провели на поверхности Луны 9 ч и собрали 44,5 кг пород. В августе 1971 г. у подножия лунных гор Апеннины высадился экипаж корабля "Аполлон-15". Впервые астронавты Дэвид Скотт и Джеймс Ирвин использовали для передвижения луноход, проделав на нём путь длиной 10 км, и провели многочисленные исследования. В частности, они изучали глубокое ущелье, носящее название Борозда Хэдли, однако спуститься вниз без специального снаряжения не решились.
В апреле 1972 г. экипаж лунной кабины космического корабля "Аполлон-16" совершил посадку в материковом районе в окрестностях кратера
Декарт. В декабре того же года была успешно выполнена последняя, шестая экспедиция на корабле "Аполлон-17".
Второй самоходный аппарат "Луноход-2", доставленный станцией "Луна-21" в январе 1973 г., продолжил исследования в довольно сложном районе Луны, являющемся переходным от моря к материку. С помощью бортовой телевизионной аппаратуры на Землю были переданы многочисленные панорамы и снимки окружающей местности, данные о свойствах грунта и его химическом составе. Всего было пройдено 37 км. В 1974 г. аппарат "Луна-22" выполнял изучение рельефа и гравитационного поля с орбиты искусственного спутника Луны. В том же году "Луне-23" удалось совершить посадку в районе Моря Кризисов. Исследования Луны советскими автоматическими станциями были завершены космическим аппаратом "Луна-24", выполнившим автоматическое бурение лунного грунта в Море Кризисов на глубину 2 м и доставившим на Землю 22 августа 1976 г. 170 г лунной породы.
После этого довольно долго к Луне не было запусков ни в нашей стране, ни в США. Интересно, что лишь 14 лет спустя, в марте 1990 г., Япония с помощью ракеты "Нисан" вывела на орбиту вокруг Луны автоматический аппарат "Мусес-А" для дистанционного исследования лунной поверхности.
К аппаратам нового поколения, создающимся с использованием сверхлёгких материалов, относится станция "Клементина", запущенная в январе 1994 г. Помимо фотографирования поверхности Луны ею выполнены измерения высот рельефа, а также уточнены толщина лунной коры, модель гравитационного поля и некоторые другие параметры.
