Искусственные спутники Луны имели на своем борту научные приборы, радиооборудование, источники электропитания и т. д. Необходимый тепловой режим поддерживался с помощью специальной системы терморегулирования. В состав научного оборудования ИСЛ могли входить весьма разнообразные приборы. На станции «Луна-10» (рис. 5), например, устанавливались: магнитометр для уточнения нижнего предела магнитного поля Луны, гамма-спектрометр для изучения спектрального состава и интенсивности гамма-излучения пород, слагающих поверхность Луны, приборы для регистрации корпускулярного солнечного и космического излучений, заряженных частиц земной магнитосферы. ионные ловушки для исследования солнечного ветра и лунной ионосферы, датчики для регистрации микрометеоритов на трассе перелета Земля-Луна и в окрестности Луны, инфракрасный датчик для регистрации теплового излучения Луны.
В состав научного бортового оборудования станции «Луна-11» входили приборы для регистрации гамма- и рентгеновского излучений поверхности (что позволяло получать данные по химическому составу лунных пород), датчики для изучения характеристик метеорных потоков и жесткой корпускулярной радиации в окололунном пространстве, приборы для измерения длинноволнового космического радиоизлучения.
Одной из основных задач третьего советского ИСЛ- автоматической станции «Луна-12» — было выполнение крупномасштабного фотографирования поверхности Луны, проводимого с различных высот орбиты ИСЛ. Площадь, охватываемая каждым снимком, равнялась 25 кв. км, и на них можно было различить детали поверхности размерами 5-20 м. Фототелевизионное устройство автоматически обрабатывало пленку и затем передавало изображения на Землю. Кроме фотографических экспериментов станция продолжала исследования, начатые и полетах предыдущих станций.
Автоматические аппараты, находящиеся на окололунных орбитах, являются эффективным инструментом выявления глобальных особенностей строения Луны, характеристик и свойств ее поверхности, изучения окололунной среды. Например, к фундаментальным исследованиям, проведенным с орбит искусственных спутников Луны, относится определение глобальных характеристик химического состава лунных пород. Выяснение же состава пород, слагающих поверхность Луны, давало ключ к проверке геохимических представлений об эволюции небесных тел.
Для дистанционного анализа химического состава лунного грунта предлагался целый ряд методов. Среди них и регистрация нейтронов, возникающих при взаимодействии космических лучей с веществом поверхности, измерение рентгеновского излучения, возбуждаемого солнечной радиацией, и некоторые другие. На АС «Луна-10» был установлен сцинтилляционный гамма-спектрометр, измерявший спектр лунного гамма-излучения. За время его работы на борту этого ИСЛ было получено девять спектров гамма-излучения в двух интервалах энергий 0,15-0,16 и 0,3–3,2 МэВ, а в 39 точках лунной поверхности была измерена интенсивность излучения в интервале энергий 0,3–0,7 эВ.
