Misja skupia się na trzech zasadniczych celach dostarczenie danych do weryfikacji hipotez dotyczących początków wszechświata, przede wszystkim fazy inflacji, badanie początków i ewolucji galaktyk, badanie obfitości i składu wody oraz biogenicznych lodów we wczesnych fazach formowania się gwiazd i dysków planetarnych.
W ciągu 24 miesięcy satelita dokona czterokrotnej obserwacji całego nieba, mapując je w 102 pasmach kolorów, zbierając dane o ponad 300 milionach galaktyk i ponad 100 milionach gwiazd w Drodze Mlecznej, tworząc trójwymiarową mapę nieba o rozdzielczości przekraczającej dotychczas uzyskane wyniki. Analiza rozłożenia galaktyk we wszechświecie pozwoli na lepsze zrozumienie inflacji. Wielkie znaczenie będzie miało również porównanie danych uzyskanych przez SPHEREx z danymi z innych obserwatoriów. Pozwoli to m.in. na lepsze poznanie rozkładu ciemnej materii.