GRAIL estaba composto por dous satélites, denominados GRAIL A e GRAIL B e máis tarde bautizados como Ebb e Flow. A súa misión era determinar, por medio da medición precisa da distancia entre as dúas naves mentres estaban en órbita e por tanto das variacións do campo gravitatorio, a estrutura do interior lunar, investigar evolución térmica da Lúa, cartografar a estrutura da codia e a litosfera, estudar a estrutura das cuncas de impacto e a orixe dos mascons, determinar a evolución temporal da codia e o vulcanismo luares e determinar os límites do núcleo lunar. GRAIL é herdeira da misión GRACE, que estudou as variacións do campo gravitatorio terrestre.[1][2]
As naves foron construídas por Lockheed Martin usando o bus XSS-11 e instrumentos derivados dos da misión GRACE. Tiñan forma de prisma rectangular e unhas masas baleiras de 132,6kg (202,4kg cheas de propelente). A enerxía era proporcionada por dous paneis soares que alimentaban unha batería de ión litio e a propulsión corría a cargo dun motor de 22 N de impulso. As manobras máis sutiles tiñan lugar usando un propulsor de gas frío e tres volantes de inercia. O guiado e o control de actitude usaban un sensor solar, un sensor estelar e unha unidade inercial. As naves comunicábanse coa Terra na banda S, mentres que para a determinación da distancia entre elas usaban un sistema en banda Ka denominado LGRS (Lunar Gravity Ranging System). Ademais, levaban con varias cámaras denominadas MoonKam con obxectivos educativos.[1][2]
Mapa do espesor da codia lunar obtido polas naves GRAIL.
Ámbalas dúas naves engalaron no mesmo foguete o 10 de setembro de 2011 e inxectadas nunha órbita de baixa enerxía a través do punto de Lagrange Terra-Sol L1 que as levou á Lúa en 3,5 meses. Ao final da súa viaxe, as naves aproximáronse á Lúa polo polo sur cun día de diferenza, acendendo os seus motores durante unha hora para entrar nunha órbita lunar elíptica, de 8 horas de período. Tras varias manobras as naves quedaron na súa órbita de traballo, de 50km de altura, cun período de 113 minutos e cunha distancia entre naves variable entre 175 e 225km.[1][2][3]
Durante a misión principal, que se completou o 29 de maio de 2012, as naves foron baixando a súa órbita ata unha distancia mínima de 25 x 86km. Ao final da misión principal se lles ordenou apagar os seus instrumentos. Tras decidir estender a misión, o control de terra ordenou acender os instrumentos de novo o 30 de agosto, baixando a órbita ata só 23km sobre a superficie lunar. Ao final da misión estendida, e debido á imposibilidade dunha segunda extensión polo esgotamento do propelente, as naves foron dirixidas para impactar sobre a superficie o 17 de decembro de 2012.[1][2][3]
