Sondy mały|Satelity podczas przygotowań integracyjnych GRAIL-A i GRAIL-B wykorzystywane w tej misji zostały wyprodukowane przez firmę Lockheed Martin Space Systems Company. Satelity były identyczne w budowie, z wyjątkiem umiejscowienia niektórych narzędzi nawigacyjnych i komunikacyjnych. Te różnice wynikały z konieczności komunikacji między satelitami i były związane z ich położeniem na orbicie. Sondy orbitowały wokół Księżyca zwrócone do siebie antenami pasma Ka, przez co także ich orientacja względem Księżyca była różna.
Sondy zostały zbudowane na bazie Eksperymentalnego Małego Satelity Lockheed Martin (XSS – 11). Wyposażenie naukowe sond pochodzi z projektu GRACE, który badał pole grawitacyjne Ziemi. Satelita GRAIL miał prostopadłościenną strukturę kompozytową o masie 201 kg (wraz z paliwem 307 kg).
Na system kontroli orientacji statku składały się: sensor światła słonecznego, urządzenie śledzące gwiazdy, reakcyjne koła zamachowe i jednostka pomiaru bezwładnościowego IMU (Inertial Measurment Unit). Sondy były stabilizowane trójosiowo.