Pour préparer les premiers débarquements humains sur notre satellite, il fallait connaître la nature et la composition du sol. Cette tâche fut dévolue à une catégorie de sondes : les Surveyor. Beaucoup plus lourdes que les précédentes sondes Ranger (1 020 kg au lancement, 283 à l'atterrissage) elles étaient munies d'une rétrofusée développant 4,5 t de poussée pendant 40 s, mise à feu à 96 km d'altitude; à son extinction, à 40 km au-dessus de la surface, la vitesse se trouvait réduite de 9650 à 400 km/h. Débutait alors une courte période de chute libre, au cours de laquelle, vers 11 km d'altitude, la rétrofusée se trouvait éjectée. Des moteurs-verniers, c'est-à-dire trois petites rétrofusées à faible poussée, commandées par un radar-altimètre, réduisaient alors progressivement la vitesse restante afin d'assurer un atterrissage en douceur, à environ 10 ou 15 km/h.

7 Surveyor furent envoyés vers la Lune entre juin 1966 (le premier un peu plus de 1 an après la fin du programme Ranger) et janvier 1968. Les numéros 1, 3, 5, 6 et 7 se posèrent avec succès; on n'enregistra que 2 échecs, ce qui est peu, compte tenu de la difficulté technique que représentait, pour l'époque, un atterrissage en douceur sur la Lune. Les 5 sondes valides, qui se sont posées en des endroits assez dispersés de l'astre, ont transmis au total près de 107000 clichés. Ceux-ci, qui sont en fait des images télévisées d'une définition de 600 lignes, permettent de voir aussi bien des détails de 1 mm seulement sur des gros plans du sol que des panoramiques du paysage environnant. Pour la première fois, on eut une bonne idée du spectacle qui allait s'offrir aux futurs astronautes.

Notons en outre que les 3 derniers procédèrent à des analyses chimiques du sol, grattèrent celui-ci à l'aide d'une pelle mécanique, et que Surveyor 6 redécolla! Par télécommande, les techniciens effectuèrent en effet la mise à feu des fusées-verniers; le reliquat de propergol dans les réservoirs permit à la sonde de s'élever jusqu'à quelques mètres d'altitude et de retomber à côté. Elle put ainsi observer ses propres empreintes dans la poussière lunaire. Quant à Surveyor 3, dans l'océan des Tempêtes, il reçut la visite, 3 ans plus tard, des astronautes d'Apollo 12; ceux-ci en prélevèrent certaines pièces, ce qui permit d'évaluer la dégradation d'un matériel après un long séjour sur la Lune.