1.イオンエンジンという新しい技術を使って惑星間を飛行
「はやぶさ」は、従来の化学推進エンジンと比べて、燃料の効率が良い新開発の電気推進エンジン（イオンエンジン）で惑星間を推進することに挑戦しました。イオンエンジンを3台同時に運用させたのも、4万時間もの長時間にわたり稼働させたのも、「はやぶさ」が世界初で、大きな成功とされています

2.自律誘導航法
レーザ高度計や近距離センサなどを用いて、自らが自分の位置を判断し、自分で目標に近づきながら、姿勢を変える自律航法に挑戦しました。イトカワに近づいたり、イトカワと同一軌道を飛行したり（ランデブーと呼ばれる）することをはじめ、イトカワへの着陸も、はやぶさ自らが情報を判断して行なったのです。

3.小惑星のサンプル採取
イトカワは非常に重力が小さい惑星なので、「はやぶさ」が地表に着陸することができません。このため、一瞬で地表サンプルを採取するための工夫がされました。それが「はやぶさ」の底部に張り出した長さ約1m、直径20cmほどのサンプラーホーンと呼ばれる装置で、金属球を撃ち込んで地表面を砕き、飛び散った岩や砂を採取する方法です。この方法でイトカワのサンプル採取にチャレンジすることも大きな挑戦でした。

4.地球スイングバイ
天体の引力を用いて宇宙船や探査機の速度や軌道などを変える事を「スイングバイ」といいます。「はやぶさ」はイトカワに向かうにあたって、イオンエンジンを運用して軌道を修正しながら、地球の重力を利用して加速する地球スイングバイを実施しました。イオンエンジンを併用して地球スイングバイを実施したのは、世界で初めてのことです。

5.再突入カプセル
「はやぶさ」は、イトカワのサンプルを採取したカプセルを持って地球に帰還します。月より遠い小惑星表面のサンプルを地球に持ち帰るというこの挑戦は世界で初めてのことです。カプセルは、「はやぶさ」が大気圏に突入する直前に分離され、地球上に投下されます。