Första robotuppdragen
Efter uppskjutningen 1957 av Sovjetunionens satellit Sputnik, som var den första rymdfarkosten i en omloppsbana runt jorden, blev det uppenbart att nästa stora mål för både det sovjetiska och det amerikanska rymdprogrammet skulle vara månen (se Utforskning av rymden). USA förberedde snabbt och sköt upp ett fåtal robotsonderingar på månen, varav de flesta misslyckades och ingen nådde månen. Sovjetunionen hade större framgång och lyckades 1959 för första gången fly från jordens gravitation med Luna 1, för första gången slå i marken på månens yta med Luna 2 och för första gången fotografera månens baksida med Luna 3. Efter att National Aeronautics and Space Administration (NASA) grundades 1958 blev det amerikanska programmet mer ambitiöst tekniskt och mer vetenskapligt inriktat. De första rymdskeppsundersökningarna var inriktade på att studera månens grundläggande karaktär som planetkropp med hjälp av seismiska observationer, gammastrålspektrometri och närbildsundersökningar. Forskarna trodde att även begränsade seismiska data skulle ge ledtrådar för att lösa frågan om huruvida månen var en primitiv, odifferentierad kropp eller om den hade värmts upp och modifierats av fysiska och kemiska processer som de på jorden. Gammastrålningsmätningar skulle komplettera de seismiska resultaten genom att visa om månens inre hade tillräcklig radioaktivitet för att fungera som en aktiv värmemotor, och de skulle också ge viss information om månytans kemiska sammansättning. Avbildningar skulle avslöja detaljer som är för små för att kunna ses från jorden, vilket kanske skulle ge information om processer på månens yta och även väcka allmänhetens intresse.
Av nio amerikanska Ranger-uppdrag som sköts upp mellan 1961 och 1965 blev Ranger 4 (1962) den första amerikanska rymdfarkosten som träffade månen. Endast de tre sista farkosterna undvek dock de plågsamma funktionsstörningar som begränsade eller i förtid avslutade sina föregångares uppdrag. Ranger 7 (1964) returnerade tusentals utmärkta tv-bilder innan den slog ner som planerat, och Ranger 8 och 9 (båda 1965) följde med framgång. Den plats där Ranger 7 slog ner fick namnet Mare Cognitum på grund av de nya kunskaperna, varav ett viktigt exempel var upptäckten att även små månföremål till största delen har dämpats av oavbrutna meteoritnedslag.
Efter ett antal misslyckanden i mitten av 1960-talet lyckades Sovjetunionen med flera anmärkningsvärda framgångar: den första lyckade mjuka landningen på månen med Luna 9 och den första omloppsbanan på månen med Luna 10, båda 1966. Bilder från Luna 9 visade att regoliten var mjuk och grusig, och eftersom landningskapseln inte sjönk utom synhåll bekräftades dess ungefärliga bärighet. Gammastrålningsdata från Luna 10 antydde en basaltisk sammansättning för regionerna nära sidan. År 1965 returnerade det sovjetiska förbiflygningsuppdraget med beteckningen Zond 3 goda bilder av månens bortre sida.
I mitten av 1960-talet genomförde USA egna mjuklandningar och uppdrag i omloppsbana. År 1966 landade Surveyor 1 på månen och returnerade panoramiska tv-bilder. Ytterligare sex Surveyors följde mellan 1966 och 1968, med två misslyckanden. De gav inte bara detaljerade tv-bilder av månlandskapet utan också de första kemiska uppgifterna om månjord och de första jordmekaniska uppgifterna som visade de mekaniska egenskaperna hos de översta centimetrarna av regoliten. Under 1966-67 gjorde också fem amerikanska Lunar Orbiters fotografiska undersökningar av större delen av månens yta, vilket gav den kartläggning som var nödvändig för planeringen av Apollo-uppdragen.
.