月球是研究得最透彻的天体。人类第二次亲自造访的天体是月球。月球大约有46亿年历史。像地球一样，月球有壳、地幔和核心的层状结构。最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。在月球地壳下1000千米深处是月球的地幔，它占据了月球的大部分体积。地幔下面是月球核，其温度约为1000度，很可能是熔化的。月球的直径约为3474.8公里，约为地球的1/4和太阳的1/400。月亮到地球的距离等于地球到太阳距离的1/400，所以月亮和太阳到地球的距离一样大。月球的大小约为地球的1/49，质量约为7350亿吨，约为地球质量的1/81。月球表面的重力大约是地球重力的1/6。
月亮总是面向我们的一侧，这通常被称为正面。另一方面，除了靠近月球表面边缘的区域，由于天秤座的运动，在中间是可见的，月球背面在地球上基本上是不可见的。在没有探测器的时代，月球的背面一直是一个未知的世界。月球背面的主要特征之一是几乎没有像月海这样的黑暗表面特征。当人造探测器到达月球背面时，它将不能直接与地球通信。
月球围绕地球运行27.321666天，相对于背景天空移动半小时，这与月球表面的表观直径相似。与其他卫星不同，月球的轨道平面更接近黄道平面，而不是地球的赤道平面。
相对于背景星空，月亮绕地球运行(月亮自转)所需的时间被称为恒星月。新月和下一个新月之间(或两个相同阶段之间)所需的时间被称为阴历月。农历月份比恒星月长的原因是，当地球在月球上移动时，它自身在围绕太阳的轨道上前进了一段距离。
严格地说，地球和月球围绕一个共同的质心旋转，距离地球中心4700公里(即地球半径的3/4)。由于共同的质量中心在地球表面之下，地球围绕着共同的质量中心的运动似乎在“摇晃”。从地球南极上方的天空看，地球和月亮都顺时针旋转。此外，月球也顺时针运行。甚至地球也围绕太阳顺时针旋转。这种现象的原因是地球和月球相对于太阳具有相同的角动量，即“从一开始，它们就转向这个方向”。
月亮本身不发光，只反射阳光。月亮的亮度随着太阳和月亮之间的角度距离以及地球和月亮之间的距离而变化。平均亮度是太阳亮度的1/465，000，亮度从1/630，000到1/375，000不等。满月时的平均亮度是-12.7，等等。(参见)。它给地球的平均照度是0.22勒克斯，相当于21米外100瓦电灯的照度。月球表面不是一个好的反射器，它的平均反照率只有7%，其余的93%被月球吸收。月海的反照率更低，约为6%。月球高地和环形山的反照率为17%，看起来比月海还要亮。月亮的亮度随着时间而变化。满月的亮度比下弦的亮度大十倍以上。
因为月球上没有大气，月球表面物质的热容量和导热率都很低，所以月球表面昼夜温差很大。白天，阳光垂直照射的地方温度高达127℃。晚上，温度可以降低到-183℃。这些值仅代表月球表面的温度。月球土壤的温度可以通过无线电观测来测量。这一测量表明，月球土壤深处的温度变化很小，这正是由于月球材料的低热导率。
从月球冲击波的传播，我们知道月球也有壳、地幔和核的层状结构。最外层的壳厚60 ~ 65公里。在月球地壳下1000千米深处是月球的地幔，它占据了月球的大部分体积。地幔下面是m
