A páros első tagja, a GRAIL-A szombat éjszaka a Holdhoz érkezve begyújtotta fő hajtóművét, hogy lefékeződjön arra a sebességre, amely a pályára álláshoz volt szükséges. A szonda jelzése alapján a manőver az előre eltervezett szerint történt. Társa, a GRAIL-B vasárnap éjszaka végezte el ugyanezt a műveletet. A 496 millió dolláros összköltségű küldetés keretében az űrszondákat szeptember 10-én indították a floridai Cape Canaveral légibázisról.

A következő három hónap során az űrszondák 56 kilométerre a Hold felszíne fölött, poláris pályán keringenek, mintegy „kergetőzve” egymással. Az átlagos távolság 200 kilométer lesz az ikerszondák között, ám ez változik a regionális gravitációs eltérések függvényében, amelyek hol lelassítják, hol felgyorsítják a szondákat. Ezeket a parányi eltéréseket az űrszondák fedélzetén működő speciális rádióadók segítségével rögzítik, feltérképezve az égitest tömegeloszlását.

Az ily módon nyert adatok segítségével részletesen meghatározhatják a Hold gravitációs mezejét. Ezek az információk sok mindent elárulnak a Hold belső szerkezetéről, és arról, hogyan alakult ki, miként fejlődött égi kísérőnk, és miért „rücskösebb” az égitest „hátoldala”, mint a Föld felé forduló „arca”.