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La comète candidate au choc est baptisée Tempel 1, elle mesure environ 6 km de long pour 3 km de large et sera rejointe par la sonde en début juillet 2005. Deep Impact larguera une charge de près de 370 kg sur une trajectoire de collision avec le corps céleste. 24 heures plus tard, le 4 juillet, la masse percutera à une vitesse de 37.000 km/h la comète, ce qui engendrera un cratère de 100 m de diamètre pour 25 m de profondeur.
Pendant la collision la sonde Deep Impact sera située à moins de 500 km. Ses instruments observeront la rencontre, tout comme les télescopes en orbite terrestre Hubble, Chandra X-ray et Spitzer. Le projectile, équipé d'une caméra, fournira également des images jusqu'au dernier moment précédent le choc.
La collision permettra de dévoiler la comète en profondeur, fournissant de précieuses informations sur la genèse de notre système solaire et sur les origines de la vie. Selon Andy Dantzler, responsable par intérim de la division "système solaire" de la Nasa, "La longue tradition d'exploration de la Nasa est de chercher à découvrir comment s'est formé le système solaire, comment va-t-il évoluer et de découvrir si la vie existe ailleurs dans l'univers. Les comètes, qui sont les corps célestes les plus anciens du système solaire, détiennent les informations pour répondre à un grand nombre de ces questions".
Selon Marcello Fulchignoni, astrophysicien au laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Lesia) à l'Observatoire de Paris-Meudon, "Il s'agit de connaître comment est constituée une comète, pas seulement à sa surface, mais également à l'intérieur, à quelques dizaines de mètres de profondeur".
A noter que la collision, qui dégagera une énergie équivalente à 4,8 tonnes de TNT, sera insuffisante pour modifier la trajectoire de la comète.