Første robotmissioner
Efter opsendelsen i 1957 af U.S.S.S.R.’s satellit Sputnik, det første rumfartøj i kredsløb om Jorden, blev det klart, at det næste store mål for både det sovjetiske og det amerikanske rumprogram ville være månen (se udforskning af rummet). USA forberedte og opsendte hurtigt et par robotter til månesonderinger, hvoraf de fleste mislykkedes, og ingen nåede månen. Sovjetunionen havde mere succes og opnåede i 1959 den første flugt fra jordens tyngdekraft med Luna 1, det første nedslag på månens overflade med Luna 2 og den første fotografiske undersøgelse af Månens anden side med Luna 3. Efter at National Aeronautics and Space Administration (NASA) blev oprettet i 1958, blev det amerikanske program mere ambitiøst teknisk og videnskabeligt orienteret. De første rumfartøjsundersøgelser var rettet mod at studere Månens grundlæggende karakter som et planetarisk legeme ved hjælp af seismiske observationer, gammastrålespektrometri og nærbilleder. Forskerne mente, at selv begrænsede seismiske data ville give ledetråde til at løse spørgsmålet om, hvorvidt Månen var et primitivt, udifferentieret legeme eller et legeme, der var blevet opvarmet og ændret af fysiske og kemiske processer som dem på Jorden. Gammastrålemålinger ville supplere de seismiske resultater ved at vise, om Månens indre havde tilstrækkelig radioaktivitet til at fungere som en aktiv varmemotor, og de ville også give nogle oplysninger om den kemiske sammensætning af Månens overflade. Billeddannelse vil kunne afsløre elementer, der er for små til at kunne ses fra Jorden, hvilket måske vil give oplysninger om processer på månens overflade og også vække offentlighedens interesse.
Af de ni amerikanske Ranger-missioner, der blev opsendt mellem 1961 og 1965, blev Ranger 4 (1962) det første amerikanske rumfartøj, der ramte månen. Kun de sidste tre fartøjer undgik imidlertid de plagsomme funktionsfejl, der begrænsede eller afsluttede deres forgængeres missioner før tid. Ranger 7 (1964) returnerede tusindvis af fremragende tv-billeder, inden den ramte månen som planlagt, og Ranger 8 og 9 (begge 1965) fulgte med succes. Ranger 7’s nedslagssted blev kaldt Mare Cognitum på grund af den nye viden, der blev opnået, hvoraf et vigtigt eksempel var opdagelsen af, at selv små måneskikkelser for det meste er blevet undertrykt af de uophørlige meteoritnedslag.
Efter en række fiaskoer i midten af 1960’erne opnåede Sovjetunionen flere bemærkelsesværdige resultater: den første vellykkede bløde månelanding med Luna 9 og det første kredsløb om månen med Luna 10, begge i 1966. Billeder fra Luna 9 viste, at regolitten var blød og skrøbelig, og da landingskapslen ikke sank ud af syne, bekræftede de dens omtrentlige bæreevne. Gammastråledata fra Luna 10 tydede på en basaltisk sammensætning i de nærliggende regioner. I 1965 returnerede den sovjetiske overflyvningsmission med betegnelsen Zond 3 gode billeder af Månens fjernside.
I midten af 1960’erne gennemførte USA sine egne soft-landing- og orbitalmissioner. I 1966 landede Surveyor 1 på Månen og returnerede panoramiske tv-billeder. Der fulgte yderligere seks Surveyors mellem 1966 og 1968, hvoraf to mislykkedes; de leverede ikke blot detaljerede tv-visninger af månelandskabet, men også de første kemiske data om månens jord og de første jordmekaniske oplysninger, der viste de mekaniske egenskaber af de øverste par centimeter af regolitten. Desuden foretog fem amerikanske Lunar Orbiters i 1966-67 fotografiske undersøgelser af det meste af måneoverfladen, hvilket gav den kortlægning, der var afgørende for planlægningen af Apollo-missionerne.