Maga a Luna–2 szonda szinte a Luna–1 ikertestvére volt, hasonló felépítéssel és vizsgálóeszközökkel. Hajtóművek ezen sem voltak, így önmagában nem tudott manőverezni. Gömb alakú testéből csak a földi rádiókapcsolatot biztosító antennák, illetve a detektorok, mérőműszerek alkatrészei álltak ki. Amint a szonda levált a hordozórakétáról, elkezdett adni három párhuzamos rádióadóján keresztül. Ezeket a jeleket véve az űrközpont mérnökei pontosan meghatározhatták pályáját. Emellett a szonda párafelhőt is kibocsátott, amely idővel 650 kilométeres átmérőjűvé tágult, és így már a szovjet (és persze más nemzetek által üzemeltetett) távcsövek is észlelhették a földről. A hordozórakéta utolsó fokozata mintegy harminc perccel a Luna–2 után csapódott a Hold felszínébe.
A Luna–2, első ember alkotta, holdat elérő eszközként, megtette a tőle elvárható hatást – sokkot okozott az amerikaiak körében. Épp kezdték volna azt hinni, hogy bár a szovjeteknek nagyobb rakétáik vannak, nekik viszont jobbak az irányítórendszereik. Erre az oroszok sikeresen szondát küldenek a Holdra, miközben a NASA a Pioneer–4 szondájával mindössze 60 ezer kilométerre tudta megközelíteni kísérőbolygónkat. A Luna–2 becsapódása után két nappal Amerikába érkező Hruscsov igyekezett is kiélvezni e sokknak minden pillanatát. Eisenhower elnöknek ajándékozta a Luna–2 makettjét, illetve a rajta elhelyezett szovjet felségjelzéseket.
A szovjetek minden tőlük telhetőt megtettek, hogy „kéznyomuk” megmaradjon a holdon, így a Luna–2 fedélzetén két gömböt szállított, amelyek héját egybevágó ötszögek alkották afféle focilabdaként. Egy-egy ötszög alakú rozsdalmentes acél lemezre ráírták, hogy „CCCP 1959 január” (a Luna-program kezdetét jelezve). A tervek szerint a becsapódás pillanatában felrobbant volna a gömbök belsejében elhelyezett töltet, repeszekként a tér minden irányába repítve az acél lapkákat. Valószínűleg ehelyett az ütközés keltette pokoli hőtől elpárologtak. Ezeken kívül a hordozórakétában volt egy harmadik felségjelhordozó alkalmatosság, mégpedig egy folyadékkal telt tartály, amelybe alumínium csíkok merültek, rajtuk a szovjet címerrel, az ország és a fenti dátum megjelölésével. Nem tudjuk, hogy mindezekkel mi lett.
