Tianwen-2 akan menguji tiga metode pengambilan sampel asteroid sekaligus. Metode pertama adalah hover, di mana wahana akan melayang dekat permukaan asteroid. Metode kedua adalah touch-and-go (TAG), teknik yang memungkinkan pesawat menyentuh permukaan sebentar untuk mengumpulkan sampel. Metode ketiga adalah pengeboran langsung saat wahana mendarat di asteroid. Teknik-teknik ini mirip dengan teknologi yang sudah digunakan dalam misi-misi eksplorasi antariksa sebelumnya, seperti OSIRIS-REx dari Amerika Serikat dan Hayabusa2 dari Jepang.
Salah satu tantangan teknis terbesar dalam misi ini adalah saat kapsul pengembalian memasuki atmosfer Bumi dengan kecepatan sangat tinggi, diperkirakan mencapai 12 kilometer per detik. Kecepatan ini jauh lebih tinggi dibandingkan misi pengembalian sampel Bulan sebelumnya, sehingga menuntut inovasi khusus dalam perlindungan panas dan sistem pendaratan agar material sampel tetap utuh dan aman tiba di permukaan Bumi.
Setelah fase pengambilan sampel asteroid, Tianwen-2 akan melanjutkan misi eksplorasi terhadap komet 311P/PANSTARRS yang berada di sabuk asteroid utama. Komet ini dipilih karena memiliki potensi besar untuk menjawab berbagai pertanyaan mendasar terkait asal-usul tata surya kita, serta evolusi benda-benda kecil di ruang angkasa. Dalam eksplorasi ini, Tianwen-2 akan membawa sejumlah instrumen canggih, seperti radar untuk memetakan struktur komet, spektrometer untuk analisis kimia, kamera beresolusi tinggi, serta alat yang dapat menganalisis partikel debu dan gas yang dilepaskan oleh komet.
