嫦娥五號主要任務是月球取樣返回，它要面對取樣、上升、對接和高速再入等四個主要技術難題。

第一關是“分離面多”。相較於神舟飛船和“嫦娥三號”均只有兩個部分需要分離，即兩個分離面，“嫦娥五號”有5個分離面，分別是軌道器和著陸器組合體、著陸器和上升器組合體、軌道器和返回器組合體、軌道器和支撐艙及軌道器與對接支架。這些分離面都必須“一次性成功”。

第二關是“模式複雜”。探測器需要經歷多個飛行階段，還需要完成月面取樣、月面起飛上升、月球軌道交會對接和樣品轉移、地球大氣高速再入返回著陸等關鍵環節，並且設計約束多。

其中，上升器與軌道器需要在距離地球38萬千米的月球軌道上完成對接，在這裡無法藉助衛星導航的幫助，需要依靠探測器自身實現交會對接。

第三關是“細節嚴酷”。為獲取月壤樣品，“嫦娥五號”無人取樣器將透過取樣鑽頭深入月球內部和取樣機械臂月球表面取樣兩種方法，再把樣品轉移到上升器，由上升器與軌道器對接，最終把樣品轉移到返回器，整個環節必須分毫不差。

第四關是“溫度控制”。月球表面白天溫度約零上180攝氏度，夜間零下150攝氏度，晝夜溫差約330攝氏度。另外上升器發動機點火瞬間達到上千攝氏度，如何避免燒燬上升器和著陸器，對研製團隊提出挑戰。

第五關是“瘦身壓力”。運載火箭的運載能力對嫦娥五號探測器的重量有嚴格的約束，一方面要儘可能對分系統進行“瘦身”，另一方面，因為備份產品較少，必須確保質量可靠。