进入21世纪以来，由于越来越多的国家或组织深刻地认识到，探测月球对政治、经济和科技等许多方面都有十分重要的意义，所以随着科技和经济的飞速发展，尤其对能源需求的日益加剧，欧洲、日本、中国、印度和美国先后成功发射了各自的月球探测器，并取得了大量科技成果，从而在全球掀起了探月热潮。
目前，因为近些年发射的大部分月球探测器都已完成了各自的任务而结束使命。另外，俄罗斯、英国和德国甚至韩国也将参与21世纪的第二轮探月热潮。
欧洲“智慧-1”探测器靠太阳能推进系统进入月球轨道
欧洲“智慧”率先升空
2003年9月27日，欧洲航天局成功发射了其第1个月球探测器——斯玛特-1（又叫智慧-1），这也是21世纪人类发射的第1颗月球探测器，拉开了人类探月的新序幕。
斯玛特-1的主要任务有两项：一是对月球进行研究和绘图，二是试验太阳电推进技术。该探测器携带了7台仪器，完成了预定的科学任务，并取得了大量成果。例如，首次清晰地观测到了月球表面的钙、镁等矿物质；绘制出了详细的月球元素和矿物分布图及月球表面的整体外貌图，使科学界第1次发现月球极地与赤道区域的许多不同地质构造，也让人类第1次发现月球北极附近存在一个“日不落”区域，那里有望成为建设人类定居点的理想场所；斯玛特-1获取的南极地图表明，那里有非常令人激动的科学和探测目标，而且处在月球车和人员可以到达的范围内。
不过，斯玛特-1的最大亮点是成功试验了太阳能电推进系统。它是世界第1个正式应用太阳能电推进系统飞向月球的空间探测器。太阳能电推进系统比目前的一般化学推进系统效率高10倍，具有节省燃料、工作时间长和振动小等优点。这一试验的成功为今后太空飞行中使用这种推力系统奠定了基础。
欧洲航天局2010年9月16日宣布，将在2018年向月球南极发射一个大型着陆器，它载有用于研究人类永久居住地点的漫游车，从而探测月面上的各种未知因素，并试验新技术，以便为未来载人登月做准备。
印度月船一号飞行图
印度重视国际合作
2008年10月22日，印度发射了其首颗探月卫星——月船-1。与日本的月女神-1、中国的嫦娥-1探月卫星相比，印度的月船-1既有相同之处，也有一些显著的特点。其主要特点如下：
一是体积小。印度月船-1的星体为边长约1.5米的立方体；日本月女神-1采用2.1米×2.1米×4.8米的箱形结构；中国嫦娥-1为一个2.22米×1.72米×2.2米的六面长方体。
二是质量轻。月船-1发射质量为1304千克；日本的月女神-1发射质量为3吨；印度的嫦娥-1发射质量为2350千克，嫦娥-2发射质量为2480千克。
三是造价低。月船-1总耗资为38.6亿卢比（合8300万美元），是各国探月计划中预算最少的；月女神-1总耗资约4亿美元；嫦娥-1总耗资约15亿人民币，嫦娥-2总耗资约9亿人民币。
四是眼神好。月船-1、日本的月女神-1、中国的嫦娥-2运行轨道高度都是100千米。印度的地形测绘立体相机的分辨率号称达到5米，日本的地形测绘立体相机的分辨率是10米。嫦娥二号的TDI-CCD相机的分辨率是7米。不过，在光线不好的情况下，印度的地形测绘立体相机的分辨率只有160米，日本的地形测绘立体相机只能拍摄南北纬60°范围。
五是大合作。为了缩短研制周期，提高探测性能，印度月船-1的研制采用国际合作的方式进行。它载有6台国外探测仪器，欧洲航天局还向印度提供欧洲斯玛特-1探月卫星的运行经验，并提供地面测控支持。作为回报，欧洲航天局成员国可迅速获取印度月球探测的成果。
原来月船-1还有一个特点是寿命长，因为其设计寿命为2年。不过，2009年8月30日印度正式宣布，月船-1因故障提前结束任务。
印度拟于2013年发射月船2号探测器，其中着陆器将由俄罗斯提供，月球车由印度研制。
美国月球勘测轨道器
美国探月技高一筹
2009年6月18日，美国用1枚宇宙神5号火箭一举发射“月球勘测轨道器”和“月球坑观测与感知卫星”2个月球探测器，其中“月球勘测轨道器”运行在距月球表面约50千米的圆形月球极地轨道，分辨率优于1米，用于为建立月球基地选址；“月球坑观测与感知卫星”是通过撞击来探测月球上是否存在水。这两项探测任务能提供详细的月面图，为建立月球基地选址；了解月面的光照和温度变化细节，为未来登月者提供月球辐射信息；寻找月球上是否有任何形式的水存在。
“月球勘测轨道器”已对月球进行空前的详尽测量，甚至能够拍摄到月球车留下的车轮印迹；所采集的图像和数据是实现航天员安全和准确在任何地点登月所需的，并对潜在定居点的设计产生影响。它已取得了大量成果，例如：对“阿波罗”飞船着陆场进行了新的观测；发现月球上终年不见阳光的区域及其附近可能存有水和氢；观测到终年不见阳光区域内有大片区块温度比冥王星还低；获取了有关月球地形的详细信息；首次证实月球各地分布有逆冲断裂，从而表明月球近期曾出现收缩，甚至仍在收缩。科学家通过“月球勘测轨道器”最新绘制了月球陨坑地图，结果显示直径大于20千米的陨坑数量达到5185个。它也为一同发射的“月球坑观测与感知卫星”实施撞月任务提供了支持。
美国还有不少探月计划，例如，拟在2011年发射“重力恢复与内部结构实验室”，2012年5月发射“月球大气层与尘埃环境探索者”卫星。
美国原计划在2020年开始建立月球基地，不过，美国总统奥巴马在2010年宣布放弃重返月球计划，重点发展载人小行星飞行，最终进行载人登火星。由于美国的探月计划经常随政府更迭而变化，所以今后如何发展还很难说。