Ensimmäiset robottilennot
Kun Neuvostoliiton satelliitti Sputnik laukaistiin vuonna 1957, ja se oli ensimmäinen Maan kiertoradalle noussut avaruusalus, kävi ilmeiseksi, että sekä Neuvostoliiton että Yhdysvaltojen avaruusohjelmien seuraava päätavoite olisi Kuu (ks. avaruustutkimus). Yhdysvallat valmisteli ja laukaisi nopeasti muutamia robottiluotaimia, joista useimmat epäonnistuivat eikä yksikään päässyt Kuuhun. Neuvostoliitto oli menestyksekkäämpi, ja vuonna 1959 se onnistui ensimmäisen kerran pakenemaan Maan painovoimasta Luna 1:llä, Luna 2:lla onnistui ensimmäinen iskeytyminen Kuun pinnalle ja Luna 3:lla onnistui ensimmäinen valokuvatutkimus Kuun kaukaiselta puolelta. Kun Kansallinen ilmailu- ja avaruushallinto (NASA) perustettiin vuonna 1958, Yhdysvaltain ohjelmasta tuli teknisesti kunnianhimoisempi ja tieteellisesti suuntautuneempi. Alkuvaiheen avaruusalusten tutkimukset tähtäsivät Kuun perusluonteen tutkimiseen planeettakappaleena seismisen havainnoinnin, gammaspektrometrian ja lähikuvauksen avulla. Tutkijat uskoivat, että jo vähäisetkin seismiset tiedot antaisivat vihjeitä sen kysymyksen ratkaisemiseksi, oliko Kuu alkeellinen, erilaistumaton kappale vai sellainen, jota olivat lämmittäneet ja muokanneet fysikaaliset ja kemialliset prosessit, kuten Maassa. Gammasäteilymittaukset täydentäisivät seismisiä tuloksia osoittamalla, oliko Kuun sisäosassa riittävästi radioaktiivisuutta, jotta se voisi toimia aktiivisena lämpövoimakoneena, ja ne antaisivat myös jonkin verran tietoa Kuun pinnan kemiallisesta koostumuksesta. Kuvantaminen paljastaisi piirteitä, jotka ovat liian pieniä Maasta käsin havaittaviksi, mikä saattaisi antaa tietoa Kuun pinnan prosesseista ja herättää myös yleistä kiinnostusta.
NASA/Goddardin avaruuslentokeskus
Yhdeksästä vuosina 1961-1965 laukaistusta yhdysvaltalaisesta Ranger-lennosta, Ranger 4:stä (1962), tuli ensimmäinen Kuuhun osunut yhdysvaltalainen avaruusalus. Kuitenkin vain kolme viimeistä alusta välttyivät kiusallisilta toimintahäiriöiltä, jotka rajoittivat tai lopettivat ennenaikaisesti edeltäjiensä tehtäviä. Ranger 7 (1964) palautti tuhansia erinomaisia televisiokuvia ennen suunniteltua törmäystä, ja Rangerit 8 ja 9 (molemmat 1965) seurasivat onnistuneesti. Ranger 7:n törmäyspaikka nimettiin Mare Cognitumiksi saadun uuden tiedon perusteella, josta tärkeimpänä esimerkkinä oli havainto siitä, että pienetkin kuun piirteet ovat suurimmaksi osaksi vaimentuneet jatkuvien meteoriittitörmäysten seurauksena.
Kaikkien 1960-luvun puolivälissä tapahtuneiden epäonnistumisten jälkeen Neuvostoliitto saavutti useita huomattavia saavutuksia: ensimmäisen onnistuneen pehmeän laskeutumisen Kuuhun Luna 9:llä ja ensimmäisen Kuun kiertoradalle pääsyn Luna 10:llä, molemmat 1966. Luna 9:stä otetut kuvat paljastivat regoliitin pehmeän ja rosoisen luonteen, ja koska laskeutumiskapseli ei vajonnut pois näkyvistä, sen likimääräinen kantavuus vahvistui. Luna 10:ltä saadut gammasäteilytiedot viittasivat lähialueiden basalttiseen koostumukseen. Vuonna 1965 neuvostoliittolainen Zond 3 -niminen ohilentolentoasema palautti hyviä kuvia Kuun kaukaiselta puolelta.
Novosti Press Agency
Yhdysvallat toteutti 1960-luvun puolivälissä omia pehmeälaskeutumis- ja kiertoratamatkojaan. Vuonna 1966 Surveyor 1 laskeutui Kuuhun ja palautti panoraamatelevisiokuvia. Vuosina 1966-1968 seurasi vielä kuusi Surveyoria, joista kaksi epäonnistui; ne antoivat paitsi yksityiskohtaisia televisiokuvia Kuun maisemista myös ensimmäiset kemialliset tiedot Kuun maaperästä ja ensimmäiset maaperämekaniikkatiedot, jotka osoittivat regoliitin ylimpien muutamien senttimetrien mekaaniset ominaisuudet. Vuosina 1966-67 viisi Yhdysvaltain Lunar Orbiteria tekivät myös valokuvauskartoituksia suurimmasta osasta Kuun pintaa, mikä antoi Apollo-lentojen suunnittelun kannalta välttämättömiä kartoitustietoja.
NASA