Sondy zostały wystrzelone za pomocą jednej rakiety - Atlas V. Start nastąpił dokładnie 18 czerwca o godzinie 23.32 polskiego czasu. Następnie, o godzinie 00.17 od górnego członu rakiety Atlas V odłączył się satelita LRO (Luna Reconnaissance Orbiter).
Sonda LRO zostanie umieszczona na niskiej orbicie polarnej, czyli przebiegającej nad biegunami Księżyca. Wysokość orbity nad powierzchnią Księżyca wyniesie 50 km. Zadaniem LRO będzie wykonanie obserwacji umożliwiających stworzenie dokładnych trójwymiarowych map powierzchni Księżyca oraz obserwacje w jak najszerszym zakresie długości fali.
Natomiast drugi satelita, LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) pozostanie połączony z członem Centaur przez kilka miesięcy - do 9 października. Wówczas to Centaur zostanie odłączony i użyty jako pocisk, który uderzy w jeden z kraterów księżycowych.
LCROSS ma dostarczyć naukowcom odpowiedzi na pytanie o występowanie wody - w postaci lodu - na księżycowych biegunach. W tych badaniach ma pomóc właśnie uderzenie członu Centaur w jeden ze stale zacienionych kraterów. Cel "pocisku" zostanie wybrany dopiero na 30 dni przed całą operacją, po analizie danych zebranych przez LRO i inne sondy badające Księżyc.
Swoją misję satelita LCROSS zakończy również uderzając w Księżyc.
