Dụng cụ khoa học bao gồm quang phổ tia gamma cho năng lượng từ 0,3-3 MeV (50–500 pJ), từ kế ba trục, thiết bị phát hiện thiên thạch, dụng cụ nghiên cứu plasma mặt trời và thiết bị đo phát xạ hồng ngoại từ mặt trăng và điều kiện bức xạ môi trường Mặt Trăng. Các nghiên cứu hấp dẫn cũng được tiến hành.

Luna 10 đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về quỹ đạo mặt trăng, thu thập dữ liệu quan trọng về cường độ từ trường của Mặt trăng, vành đai phóng xạ và bản chất của đá mặt trăng (có thể so sánh với đá bazan trên cạn), bức xạ vũ trụ và mật độ micrometeoroid. Có lẽ phát hiện quan trọng nhất của nó là bằng chứng đầu tiên về nồng độ khối lượng (gọi là "mascons") - các khu vực có mật độ cao bên dưới lưu vực hố Mặt Trăng mà làm nhiễu quỹ đạo của Mặt Trăng. Phát hiện của tàu này thường được ghi nhận cho chương trình Lunar Orbiter của Mỹ.