Спускаемый аппарат доставил на Землю 170 граммов лунного грунта с двухметровой глубины. В результате его анализа было впервые получено убедительное доказательство наличия на Луне воды. Это стало важнейшим открытием.
Позже выводы о наличии воды были независимо подтверждены в 1990-х годах в американских проектах Клементина и Lunar Prospector.
"Луна-24" была запущена с космодрома Байконур 9 августа 1976 года при помощи ракеты-носителя "Протон-К" с блоком Д. 13 августа станцию вывели на окололунную орбиту высотой 115 километров над поверхностью. Посадку она совершила в юго-восточном районе Моря Кризисов. Это было на краю ударного кратера диаметром 64 метра и всего в 2,3 километрах "Луны-23". Предшественница прилунилась крайне неудачно: легла на бок и не смогла выполнить свою программу.
Через четверть часа после посадки на спутник по команде с Земли "Луна-24" включила бур. До глубины 120 сантиметров использовали вращательный режим бурения, а потом же вращательный чередовался с ударно-вращательным.
Автоматический комплекс "Луна-24" был создан на базе станций "Луна-16" и "Луна-20", но с доработками. Основным отличием от предшественников стала замена грунтозаборного устройства, благодаря чему грунт поступал и сохранялся в виде столбика на протяжении всего процесса бурения. Кроме этого, общая глубина бурения была на порядок глубже.
Взлетная ступень с образцами взлетела 19 августа. Маленький спускаемый аппарат приземлился в 200 километрах от Сургута, на границе Тюменской и Томской областей. 24 августа сообщали, что связь с оставшейся на Луне станцией все еще поддерживают.
Колонка лунного грунта длиной около 160 сантиметром и весом 170 грамм находилась свернутой спиралью в герметичном контейнере. Как рассказывают специалисты, небольшая порция этой "лунной добычи" была передана в НАСА в обмен на образцы грунта, который доставили на "Аполлонах". Небольшие образцы предоставили также ученым из других стран, в том числе из Франции, Индии, Австрии, Чехословакии и ГДР.
"Луна-24" стала последней советской лунной станцией и последней миссией перед большим "мировым затишьем" в исследованиях Луны.
В декабре 2020 года китайская автоматическая межпланетная станция "Чанъэ-5" доставила на Землю образцы замороженного лунного грунта. Китай стал первой за 44 года страной (после советской "Луны-24" в 1976 году), реализовавшей проект по транспортировке геологических образцов с поверхности Луны, и третьей страной после США и СССР, которой удалось осуществить такую задачу. А два года назад китайский аппарат "Чанъэ-6" впервые в истории доставил на Землю грунт с обратной стороны Луны.
"Когда-то ученым был интересен сам состав лунного реголита, - рассказал "РГ" научный руководитель ИКИ РАН и первого этапа российской лунной программы академик Лев Зеленый. - Крутилась такая мощная бурильная установка, при этом шло сильное выделение тепла, нагрев. И все летучие вещества испарялись".
По словам академика, именно поэтому важно бурить так, чтобы исследовать не только саму фракцию, но и все летучие вещества, которые в нее включены. Это отличает современные лунные экспедиции от прошлых.