到月球的距離平均為384401公裏。這個距離大約是地球赤道周長的10倍。月球軌道呈橢圓形，近地點平均距離為36.33萬公裏，遠地點平均距離為40.55萬公裏。月球直徑3476公裏，約為地球直徑的3/11。月球表面積約為地球表面積的1/14，略小於亞洲。月球的大小只有地球大小的1/49。月球的質量大約是地球質量的1/81.3。月球物質的平均密度為每立方厘米3.34克，僅為地球密度的3/5。自由落體在月球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的1/6。月球上的逃逸速度約為每秒2.4公裏，約為地球上逃逸速度的1/5。
月球繞地球做橢圓運動，同時也伴隨著地球每年繞太陽公轉壹周。月球不僅受到地球引力的作用，還受到來自太陽的引力的影響，所以它有非常復雜的軌道運動。月亮本身既不發光也不透明，但它能反射陽光。因為太陽、地球和月球的相對位置是不斷變化的，所以地球上的觀測者看到的月球被照亮的部分也是不斷變化的，從而產生不同的視覺形狀。這叫做月相。月相的變化是有規律的。月相變化的周期性給人們提供了時間的度量。農歷或太陰月是以月相為基礎的，星期就是由此演變而來的。
自古以來，人們就知道月亮總是朝著地球的同壹個方向。這是由於月球自轉周期與月球繞地球自轉周期正好相等，相同的兩個周期是長期潮汐作用的結果。
月球赤道面與其軌道面的傾角為6度41分。由於這種傾角的存在和月球速度的不均勻，在月球運動過程中，地面某壹點的觀測者仍然可以看到月球邊緣在來回擺動。從地面觀測，不僅能看到半個月亮，還能看到59%的月亮，剩下的41%不能直接看到。
月亮的形狀也是扁球形，南北極略扁，赤道略高。它的平均極地半徑比赤道半徑短500米。極地也是不對稱的，北極地區隆起，南極地區下沈約400米。月球的重心與幾何中心不重合，重心距離地球2公裏。這個結論已經被阿波羅登月獲得的數據所證實。
在月球上，山巒起伏，峰巒密布。此外，還有海洋、海、灣、湖等各種特色名稱。事實上，月球上沒有水。只是早些年觀測者憑想象借用了地球的名字，最多也就是壹些形態上的相似。
月球上最明顯的特征就是環形山，通常指碗狀的坑狀結構。其中大的直徑可以超過100公裏，小的只是坑。直徑大於1km的隕石坑有3萬多個，占月球表面積的7 ~ 10%。大多數環形山是以著名的天文學家或其他學者的名字命名的。月球背面有四個環形山，以中國古代天文學家石申、張衡、祖沖之、郭守敬命名。月球上最大的環形山有:南極附近的貝利環形山，直徑295公裏；克拉科夫隕石坑，直徑233公裏；牛頓隕石坑，直徑230公裏。很多環形山的中心區域都有壹個中央峰或中央峰群，高達2.5公裏。
肉眼看到的月球表面暗黑色的斑點稱為“月海”，是壹望無際的平原。在月球正面，月海的面積約占整個半球表面的壹半。已知的月海有22個(包括背面)，其中最大的叫風暴海洋，面積約500萬平方公裏。玉海面積約90萬平方公裏。月球中心的靜海面積約26萬平方公裏。此外，較大的有澄海、豐福海、危海和海雲。月海大部分是圓形封閉的，四面環山。壹些月海延伸到陸地上被稱為海灣，而小的月海被稱為湖泊。
月球上的陸地是比月球上的海洋高的區域，壹般高出2 ~ 3公裏。月球陸地主要由高反照率的淺色斜長石組成。在月球正面，陸地面積與海域面積大致相等，而在背面，陸地面積更大。月球成陸年齡根據同位素測年為46億年，比月海早。月球上還有壹些山，大部分是以地球上的山命名的，比如亞平寧山脈、高加索山脈、阿爾卑斯山脈。最長的山脈長達1000公裏，往往比月海高3 ~ 4公裏。最高峰在月球南極附近，高達9000米，比地球上最高的珠穆朗瑪峰還要高。除了山脈，還有數百公裏的懸崖，其中最長的是阿爾泰懸崖。
月球表面有壹些輻射圖案，典型的是第谷環形山和哥白尼環形山周圍。第谷環形山有12條輻射線，從環形山外圍呈放射狀向外延伸，最長為1800 km，在滿月時看得最清楚。其成因尚無定論:有人說是火山噴發形成的；有人認為是隕石轟擊月球造成的。
長期的天文觀測和對月球的直接訪問證實，月球周圍沒有明顯的磁場。月球磁場的強度不到地球磁場的1/1000。月球上沒有像地球和木星那樣的輻射帶。月球上沒有任何形式的水，根本沒有大氣，幾乎處於真空狀態。根據月球的火箭探測，月球正面有12個重力異常區，稱為“重力瘤”或“腫塊瘤”。月球表面大部分被壹層厚度不壹的月球塵埃和碎片覆蓋。
月球沒有像地球大氣層那樣的保護層，月球表面直接受到流星體的撞擊，所以會在壹定程度上影響月球巖石的化學成分、碎片大小、玻璃含量和重結晶程度。月球早期廣泛發生火山噴發，噴出大量熔融漿體，從而在月球上形成了廣闊的熔巖平原。
月亮本身不發光，只是反射太陽光。它的亮度隨著太陽和月亮之間的角距離以及地球和月亮之間的距離而變化。它的平均亮度是太陽亮度的1/465000，亮度從1/630000變化到1/375000。滿月時的平均亮度為-12.7等。它給地球的平均照度相當於壹盞100瓦的電燈在21米距離的照度。月球表面不是很好的反射體，它的平均反照率只有7%，另外93%被月球吸收。粵海的反照率更低，約為6%。月球高地和環形山的反照率是17%，看起來山比月海還要亮。
由於月球上沒有大氣，月球物質的熱容量和熱導率都很低，所以月球表面的晝夜溫差很大。白天，陽光垂直照射的地方，溫度高達127攝氏度。夜間溫度可降至零下183攝氏度。這些數值僅表示月球表面的溫度。月球土壤中的溫度可以通過無線電觀測來測量，使用的無線電波波長越長，就可以探測到月球土壤中的溫度越深。這壹測量表明，月球土壤更深處的溫度很少變化，這恰恰是由於月球物質的導熱系數低。
從月球地震波的傳播中，我們知道月球也有殼、幔、核等層狀結構。最外層的月球外殼厚60 ~ 65公裏。在月球外殼下面到1000公裏深處是月球地幔，它占了月球的大部分體積。月球地幔下面是月核。月核的溫度約為1000攝氏度，很可能是熔融狀態。
月球背面的結構與正面大不相同。月海占地少，環形山多。地勢高低不平。月球最長和最短半徑位於背面，有的地方比月球平均半徑長4公裏，有的地方短5公裏(如範德格拉夫凹陷)。背部未發現“腫塊”。背面的月殼比正面厚，最厚點達到150km，而正面的月殼厚度只有60km左右。
關於月球的起源眾說紛紜，主要有三種假說，即俘獲說、分裂說和同源說。
捕捉說:月球可能是壹顆運行在地球軌道附近的小行星，後來被地球捕獲，成為地球的衛星。由於月球和地球的平均密度和化學成分差異很大，可能是由太陽原星雲不同部位的不同物質形成的。另壹方面，月球的平均密度非常接近隕石和小行星。所以小行星很有可能是因為在其軌道上靠近地球而被地球捕獲的。有人認為這壹事件發生在35億年前，整個過程耗時5億年。月球被地球捕獲後，由於地球的引潮力，月球噴出大量巖漿，形成月海玄武巖。
分裂說:太陽系形成初期，地球和月球原本是壹個整體。當時地球還處於熔融狀態，自轉速度非常快，自轉周期只有4小時左右。因此，此時太陽對地球的潮汐作用周期為2小時。這個周期正好等於地球自由擺動的周期，產生* * *振動，於是在赤道面上形成壹系列細長的膨脹體，最後分裂形成月球。太平洋是月球分裂時留下的遺跡。根據計算，地月系統的總角動量，即使加上幾十億年的角動量損失，也不足以分裂地球和月球。而且月球的位置也不在地球的赤道面上。這些事實存在分歧，難以解釋。
同源理論:地球和月球是由同壹個行星塵埃雲形成的。它們的平均密度和化學成分是不同的，因為原始星雲中的金屬粒子早在行星形成之前就已經凝結了。地球形成行星的時候，從壹開始鐵就是主要成分，鐵是核心。而月球則是地球形成後形成的，由地球周圍殘留的非金屬物質構成。這三個關於月球形成的假說或多或少可以解釋月球的成分、密度、結構、軌道等基本事實。除了分裂論，俘獲論和同源論哪個更合理，尚無定論。
根據對月球各種熱歷史模型的研究，整個月球經歷了多次局部融化。在月球形成初期，月球大部分溫度達到1000攝氏度。4654.38億年前，月球上發生過大規模的巖漿運動。在巖漿分離的過程中，形成了壹個由斜長石組成的月殼，剩余部分成為了月球表面的高地。月球表面固結後，在更深的地方局部熔融，形成了正長巖熔體。大約40億年前，富含放射性元素和難熔元素的非月球玄武巖形成。斜長石高地長期出露在月球表面，不斷受到隕石物質的撞擊，因此被切割了1.5 ~ 2 km，高地上發育了大量的古撞擊坑。後來高地被壹系列斷層切割破壞。41 ~ 39億年前，月球被多種大型隕石撞擊，產生了許多月海盆地，即大規模環狀結構，其中最典型的是雨海事件。月球和月球上的海洋都形成於相似的時期。月海形成的大致順序是:酒海、澄海、濕海、危海、雨海。玉海期形成的月海，約在39 ~ 36.5438億年前被後期噴發的玄武巖充填覆蓋。根據同位素測年，大致的充填時間順序為:玉海西、於海東、濕海、危海、玉海、靜海、豐海、澄海、風暴洋。自此，月球表面的輪廓基本形成。365，438+億年以來，月球內部的演化壹直處於“停滯”狀態，外力在月球演化歷史中起著主導作用。隕石撞擊月球表面，使得月球隕石坑不斷形成和增大。埃拉托太陽時期形成的輻射月坑，由於月球表面的各種作用，其輻射圖案變得不明顯或消失；哥白尼形成的月球環形山有明顯的輻射圖案。