射線譜儀搭載在月球車玉兔的機械臂上，用於探測月壤和月岩的化學成分分析。它利用自身攜帶的放射源產生a粒子和x射線，轟擊樣本的表面以產生x射線熒光。根據x射線熒光的能量和強度，可以計算樣本表面的化學成分。
可視-紅外成像光譜儀則安裝在玉兔號的前端，能夠獲取樣本表面的可視－近紅外光譜，從而計算其主要礦物組成。
值得一提的是探月雷達，這是人類探月以來首次在月球表面直接進行雷達探測任務。
探月雷達在月球表面激發電磁脈衝，這些電磁波傳入月表以下，遇到電磁屬性不同的地層，便會在介面上反射。利用天線接收反射回來的電磁波，便能夠反推月壤和淺表月岩的分層結構。
月球行走器“玉兔”上的探月雷達，低頻通道的探測深度可達400米，而且由於直接在月球表面上探測，它的解析度要比其他方法更高。
“玉兔”號在兩個月晝內對月壤進行了兩次粒子激發x射線譜儀分析，四次可視－近紅外成像光譜儀分析，還利用雷達探測了一條近百米長的剖面。
“玉兔”號月球行走器在月面上的行駛軌跡，黑色線條顯示了月球車玉兔的行駛軌跡。
“嫦娥”三號的著陸位置，A和b是著陸區兩個較大的撞擊坑，LS1和LS2是2次粒子激發x射線譜分析的位置，cd5－cd8是4次可視－近紅外成像光譜分析的位置。
透過月球行走器“玉兔”的實地探測結果，在月球的火山活動歷史和月壤的厚度兩個方面，我們都得到了新的認識。
首先，玉兔號發現了一種新型別的玄武岩，並且這一玄武岩單元規模巨大。
粒子激發x射線譜儀獲得了月壤12種元素的準確含量。與阿波羅月海盆地的月壤相比，我們發現嫦娥三號著陸處的月壤鐵和鈦含量較高，而鋁含量較低，在成分上表現出了截然不同之處，說明其下的玄武岩是一種新的型別。此外，這裡的月壤中富含鉀、鋯、釔、鈮，表明這種玄武岩混入了10-20%的克里普組分。
根據“玉兔”號的探測結果，該玄武岩可能由富含鐵和鈦的月幔源區部分熔融形成，然後在上侵過程中受到月殼底部的克里普岩層混雜，最後溢位月表，充填到了雨海盆地。重要的是，雷達探測到這一年輕的玄武岩層的厚度達到195米，這說明直至距今25億年前，雨海盆地仍有大規模的火山噴發。
其次，“玉兔”號首次利用雷達在月表實測了月壤厚度。
借用地震勘探領域的瞬時頻譜分析和偏移成像等訊號處理技術，我們獲得了著陸區的月壤結構和厚度。探月雷達剖面顯示，月壤具有分層結構，其頂部分層厚約0.7米，質地均勻，幾乎不含石塊，而底界有一定的起伏，平均厚度約5米。由於月壤是小行星撞擊月表岩石形成，地質年齡越大，月壤厚度也越大。嫦娥三號著陸區的年齡明顯小於其他月海區域，但實測的月壤厚度明顯大於其他間接方法估算的2－4米，說明整個月球的月壤厚度都可能被低估了。由於氦3和氫等重要資源主要賦存於月壤，這一發現將對這些重要資源儲量的估算產生較大影響。
此外，“玉兔”號行走器還在月面對原始產狀的月壤就位展開了化學組成和光譜分析。其結果可以作為月球軌道遙感探測資料的校正標準值，提高全月球化學成分礦物組成的解譯精度。軌道遙感能夠探測全月球的化學組成分佈，但是精度和準確度都較差；而就位測量精度和準確度較高，卻僅能探測某個特定地點。在沒有就位測量資料的時候，科學家要想評估軌道遙感資料的精確度和準確度，那是相當困難的。“玉兔”號返回的軌位探測資料，相當於為軌道測量資料提供了一個可以對比的標準，因為這個地點同時擁有了軌位探測資料和軌道探測資料。透過與