再入返回飞行试验由国家国防科技工业局牵头组织实施，是我国探月工程三期一次重要的验证飞行试验，主要目的是突破和掌握探月航天器再入返回的关键技术，为嫦娥五号任务提供技术支持。试验任务由飞行试验器、运载火箭、发射场、测控与回收四大系统组成。飞行试验器由中国航天科技集团公司空间技术研究院研制，由服务舱和返回器两部分组成，服务舱以嫦娥二号卫星平台为基础研制，具备留轨开展科研试验功能；返回器为新研产品，具备返回着陆功能。用于发射任务的长征三号丙运载火箭由中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院为主研制，在以往基础上进行了多项技术改进，进一步提高了可靠性和安全性。
　
　　根据计划，飞行试验器飞行过程约8天，在经历地月转移、月球近旁转向、月地转移、再入返回、着陆回收等五个阶段后，返回我国内蒙古中部地区。任务实施期间，我国“远望”号测量船队、国内外陆基测控站，以及北京飞行控制中心和西安卫星测控中心，共同组成航天测控通信网，为任务提供持续跟踪、测量与控制。