LCROSS foi lanzada xunto á sonda Lunar Reconnaissance Orbiter cara a Lúa coa misión de impactar preto do polo sur lunar en busca da auga en forma de xeo que se atopa baixo a superficie. LCROSS estaba formada por dúas partes que permaneceron unidas ata chegar á proximidade da Lúa:[1][2][3][4]
A Etapa Superior de Partida da Terra (Earth Departure Upper Stage, EDUS), a etapa superior Centaur do Atlas 5.
A nave pastora (Shepherding Spacecraft, S-SC).
Tras seguir unha órbita complexa e aproximarse á Lúa e separarse, EDUS impactou na superficie lunar a 2,5 km/s, no cráter Cabeus, un cráter de 98 km de diámetro. O impactou xerou unha nube de restos que S-SC cruzou pouco despois, analizandoos en busca de auga e outros compoñentes e obtendo imaxes do impacto, que foi seguido tamén por telescopios desde a Terra. Tras quince minutos, S-SC tamén impactou contra a Lúa, finalizando a súa misión.[1][2][3][4]
A nave S-SC foi construída usando o adaptador de carga secundaria do Atlas 5, un anel de 158 cm de diámetro cunha masa seca de 534 kg ao que se lle engadiron 300 kg de hidracina como propelente. A nave xeneraba ata 600 W de potencia mediante un panel solar que cargaba unha batería de ións de litio de 40 A-h de capacidade. A propulsión corría a cargo de dous conxuntos de oito propulsores consumindo hidracina, mentres que o control de actitude estaba controlado por un sistema de seguidores estelares e dez sensores solares xuntamente cunha unidade de medición inercial e as comunicacións tiñan lugar en banda S mediante dúas antenas omnidireccionais e dúas antenas de corno de media ganancia. Como instrumentos, S-SC levaba a bordo dúas cámaras para lonxitudes de ondavisible, tres para o infravermello, tres espectrómetros e un fotómetro.[1][2][3][4]
Os datos recollidos por LCROSS indicaron a presenza de auga nos restos do impacto, ademais de elementos como mercurio, magnesio, calcio, prata, sodio e outros. Tamén se descubriu que a Lúa é quimicamente activa e ten un ciclo da auga e que nalgúns sitios do polo sur lunar a auga está en forma de cristais de xeo puro.[1][2][3][4][5]
