从地球到月球，消耗能量最小的轨道只有一条。
嫦娥一号从这条轨道飞向月球可以节省出更多燃料，用于在进行绕月探测工作时的
轨道高度维持，从而使
工作寿命达到1年甚至更多。在整个
嫦娥一号飞行轨道的设计过程中，地月转移轨道的设计最为特别。因为在以往的
人造地球卫星轨道设计中，只需考虑地球对卫星的引力作用，可以使用简单明了的关系式得到卫星的
运动方程，即使考虑其他天体的引力作用、
高层大气的阻力作用效果，由于这些作用的影响很小，根据多年的工程经验，可以通过一些简化和平均的方法，附加一些微小的调整量就可以解决大部分的
轨道设计问题。
但是设计地月转移轨道则与此不同，必须同时考虑地球和月球的引力作用影响。当嫦娥一号在近地轨道飞行时，主要受
地球引力的作用，月球引力的作用非常微弱；随着地月转移飞行过程的进行，嫦娥一号离地球越来越远，地球的引力不断减弱，而月球的引力不断增强，飞行轨迹也逐渐偏离最初的椭圆形轨道；当嫦娥一号进入离月球6.6万千米远的半径范围内时，起主导作用的变成
月球的引力，而不是地球的引力。这时嫦娥一号的飞行轨迹完全变化，不再是围绕地球的椭圆，而变成围绕月球的
双曲线轨道，而且
轨道面也慢慢变化，不在同一个平面里。还没有一种简单的方法可以轻易描述这个过程，从理论上讲空间中存在无数可能的轨道，而其中消耗能量最小的轨道只有一条，轨道设计正是要找出这样的一条轨道。
为了解决这一难题，在设计地月转移轨道时采用了圆锥拼接法，先假定将轨道分为地球
运行段和
月球运行段，然后分段
逐次逼近，再经过不断的修正，最终找到一条唯一的地月转移轨道。
为了保证得到的轨道的正确性，我国
科研人员用计算精度较高的
数值积分方法对所得到的地月转移轨道的结果进行了复核，并请国内多家从事
航天器轨道动力学和
天体动力学的专业人士对设计结果进行了验证。
“地月转移轨道的入口点和出口点是一种形象的叫法，”
北京跟踪与通信技术研究所青年测控专家、
绕月探测工程主任设计师季刚在接受记者采访时说，“
嫦娥一号卫星从入口点进入地月转移轨道，从出口点离开地月转移轨道，都是经过轨道设计专家精心计算后确定的。”
地月转移轨道的入口点是指第三次
近地点变轨时发动机关机时的
空间位置。根据地月的时空关系，只有在这个点进入地月转移轨道，嫦娥一号卫星才能按时与
月球相会。否则，将会出现与月球“擦肩而过”的情景。
“如果说入口点的选择是为了准时与月球‘相会’，那么出口点设计的目标就是与月球‘相会’后，卫星能在距月球表面200公里时进行第一次刹车制动，进入12小时周期的绕月轨道。”季刚说，“所以，地月转移轨道的出口点也是嫦娥一号卫星的第一次刹车制动点。”
“
嫦娥一号”卫星踏上“地月
转移轨道”，之所以说它具有“唯一性”是因为从地球到月球，消耗能量最小的轨道只有一条。嫦娥一号从这条轨道飞向月球可以节省更多燃料，从而延长绕月探测的工作寿命。因此，“嫦娥一号”进入地月转移轨道入口的时机以及
运动状态，特别是位置和速度等因素非常关键。如果时机不对，嫦娥一号将无法找到月球从而不能和月球相会；如果速度过大，嫦娥一号也将错过月球，无法进入月球引力作用的范围；而如果速度过小，嫦娥一号就会像中途抛锚的汽车，无法摆脱地球
引力场的束缚而到达月球。总之，在经过一系列的变轨之后，“嫦娥一号”必须按照预定的速度、方向正常运行，才能沿着地月转移轨道最终到达
月球。