В рамках своей научной программы "Гайя" измерит координаты и скорости миллиарда звезд Галактики. Телескоп будет медленно вращаться и "осматривать" небо своими двумя телескопами, их свет будет фокусироваться одновременно в одной цифровой камере с разрешением в почти миллиард пикселей. В результате он сможет наблюдать каждую из звезд примерно 70 раз за пять лет. 

Высокоточные измерения расстояний до звезд и скоростей их собственных движений позволят не только создать новый фундаментальный звездный каталог и трехмерную карту нашей звездной системы, но и заглянуть в ее прошлое. Кроме того, телескоп сможет провести точные фотометрические измерения - измерения яркости и спектров звезд. 

Калибровка телескопа займет несколько месяцев. Затем начнется его пятилетняя научная программа. Составление каталога после ее завершения займет еще не менее трех лет.