中国南极巡天望远镜将对南极附近的大片天区做测光巡天观测，周而复始地扫描选定的区域，执行太阳系外行星、超新星等天文观测任务。这台望远镜可实现远程操控，全自动无人值守，观测数据现场储存，部分数据可实时传回国内。
内陆科考队员、中科院国家天文台的胡义博士说，用望远镜进行天文观测有两种模式。一种是对某个或者多个已知目标进行观测。另一种是对天空中的大片区域进行无目标的扫描。这后一种模式叫做“巡天”。巡天观测能够发现更多的未知天体。就像社会学研究中的人口普查一样， 这些海量目标可以从统计学的意义上帮助天文学家研究各类天体和天文现象，发现天体中蕴含的物理规律和天文现象间的内在联系。
位于南极冰盖之巅的冰穹A区域气候寒冷干燥、晴夜数多、大气湍流小、视宁度好，有着和太空相媲美的观测条件，是地面上最好的天文观测台址之一。特别是由于极度严寒，红外背景辐射小，大气中水蒸气含量极微，提供了天文学在电磁波谱中的多个新的研究窗口。
此外，随着极夜的来临，为天文观测提供了长达数月不间断的观测机会，有利于发现更多的亮度发生变化的天体。这些条件都是地面上中低纬度的天文台站无法达到的，这也是天文学家和南极考察队员们排除万难在冰穹A建立天文观测台站的原因。
超新星是宇宙中最为壮观的天文现象，当一颗大恒星因中心燃料烧尽而塌缩，或某一星体因质量超过极限而爆炸， 它迸发出的光芒可与一个大星系的亮度相当，即便在极遥远处也能被观察到。这是测量天体距离的标准烛光。因为发光物体的亮度和它的距离的平方成反比，例如一只灯泡放在10米处的亮度是放在1米处的百分之一。根据超新星爆发时的绝对亮度，对比其被观测到的“视亮度”，就可以计算出超新星的距离。超新星远离我们的速度，则可以通过光谱观测，并通过公式计算得出。AST3望 远镜的科学目标之一就是从巡天观测数据中找到尽可能多的超新星，进一步的理解超新星的爆发机制，更为准确的确定它们的距离。
人类的脑海中始终萦绕着这样一个问题：地球是不是独一无二的？有没有外星生物甚至外星文明的存在？要解答这个问题，就要寻找太阳系外的行星系统。这也是AST3望远镜的科学目标之一。
胡义进一步介绍说，AST3望远镜还有其他的一些科学目标，例如寻找微引力透镜效应。在遥远的天体和地球的连线上，如果有一颗质量微小光度暗弱的天体——例如褐矮星——穿过，微小质量的天体的引力场会 使得遥远天体的光线汇聚，从而变得亮一些。通过微引力透镜效应，可以探测这些质量微小的天体；更进一步，可以判断暗物质的主要成分是不是 这些质量微小而又难以探测到的天体所组成。