Nhiệm vụ của Apollo 5 là thử nghiệm mô-đun Mặt Trăng trong một môi trường không gian, đặc biệt là hệ thống động cơ hạ cánh và phóng lên của nó, và khả năng tách rời các giai đoạn phóng lên và hạ cánh. Động cơ hạ cánh sẽ trở thành động cơ tên lửa có thể phóng tiếp đầu tiên được đưa vào không gian.

Nhiệm vụ cũng thực hiện một mô phỏng của một lần hủy bỏ việc hạ cánh, trong đó động cơ giai đoạn phóng lên sẽ được bắn trong khi vẫn còn gắn liền với giai đoạn hạ cánh. Điều này, được các kỹ sư gọi là thử nghiệm "lửa trong lỗ", được mô tả trong bản vá phù hiệu của nhiệm vụ này.