Az űrszondák majd négy hónapos, „kacskaringós” utazás után érnek a „célállomáshoz”, ugyanis áthaladtak a Nap-Föld rendszer stabil gravitációs helyén, az úgynevezett Lagrange-ponton. Ezáltal csökkenthették az üzemanyag-szükségleteket, vagyis a küldetés költségeit.
A GRAIL-A december 31-én érkezik a Holdhoz, majd beindítja hajtűművét, hogy csökkentse a sebességét, és pályára állhasson a Hold körül, testvére, a GRAIL-B pedig egy nappal később követi őt.
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 ikrek között, ám ez változik a regionális gravitációs eltérések függvényében, amelyek hol lelassítják, hol felgyorsítják az űrszondákat. 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”.
