Tujuan utama kedua satelit ini adalah menentukan struktur dalam Bulan, mulai dari kerak permukaan, hingga ke dalam intinya. Mereka juga akan mempelajari evolusi suhu Bulan,
Hingga kini, bulan memang masih menyimpan banyak rahasia. Formasi pembentuk bulan masih menyimpan tanda tanya besar bagi para ilmuwan, dan sisi jauh Bulan masih belum banyak dieskplorasi. Selain itu, misi ini juga akan berusaha memahami bagaimana planet-planet terestrial secara umum bisa terbentuk dengan mempelajari Bulan.
"Salah satu tujuan kami menjalankan misi GRAIL adalah untuk memahami bagaimana terbentuknya Bulan, dan bagaimana bulan berevolusi menjalani sejarah pembentukannya," kata Maria Zuber, Principal Investigator GRAIL dari Massachusetts Institute of Technology.
Nantinya, Satelit GRAIL akan menempuh perjalanan sepanjang 2 juta mil untuk sampai ke Bulan. Butuh sekitar empat bulan bagi pesawat luar angkasa itu untuk mencapai Bulan. Rute yang ditempuh memang lebih lama, namun lebih efisien dan bisa mengirit biaya.