墨子號量子科學實驗衛星是中科院空間科學戰略性先導科技專項於2011年首批確定的五顆科學實驗衛星之壹，旨在建立衛星與地面遠距離量子科學實驗平臺，並在此平臺上完成空間大尺度量子科學實驗，以期取得量子力學基礎物理研究重大突破和壹系列具有國際顯示度的科學成果，並使量子通信技術的應用突破距離的限制，向更深的層次發展，促進廣域乃至全球範圍量子通信的最終實現。同時，該項目將為廣域量子通信各種關鍵技術和器件的持續創新以及工程化問題提供壹流的測試和應用平臺，促進空間光跟瞄、空間微弱光探測、空地高精度時間同步、小衛星平臺高精度姿態機動、高速單光子探測等技術的發展，形成自主的核心知識產權。
墨子號量子科學實驗衛星專項的主要科學目標為：進行星地高速量子密鑰分發實驗，並在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。