月球没有像地球大气那样的保护层，月面直接受到流星体的猛烈冲击，因此在一定程度上会影响到月岩的化学成分、岩屑大小、玻璃含量以及再结晶的程度。月球早期广泛发生火山爆发，喷出大量熔浆，从而形成月面上广阔的熔岩平原。
月球本身并不发光，只反射太阳光。它的亮度随日、月间角距离和地、月间距离的改变而变化。它的平均亮度为太阳亮度的1/465000，亮度变化幅度从1/630000至1/375000。满月时亮度平均为 -12.7等。它给大地的照度平均相当于100瓦电灯在距离21米处的照度。月面不是一个良好的反光体，它的平均反照率只有7％,其余93％均被月球吸收。月海的反照率更低，约为 6％。月面高地和环形山的反照率为17％，看上去山地比月海明亮。
由于月球上没有大气，再加上月面物质的热容量和导热率又很低,因而月球表面昼夜的温差很大。白天,在阳光垂直照射的地方温度高达127摄氏度；夜晚，温度可降低到零下183摄氏度。这些数值，只表示月球表面的温度。用射电观测可以测定月面土壤中的温度，而且所用的射电波的波长愈长，愈能探测到月面土壤中较深处的温度。这种测量表明，月面土壤中较深处的温度很少变化，这正是由于月面物质导热率低造成的。
从月震波的传播了解到月球也有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳厚60～65公里。月壳下面到 1000公里深度是月幔，它占了月球大部分体积。月幔下面是月核。月核的温度约1000摄氏度，很可能是熔融的。
月球背面的结构和正面差异较大。月海所占面积较少，而环形山则较多。地形凹凸不平，起伏悬殊。最长和最短的月球半径都位于背面,有的地方比月球平均半径长4公里，有的地方则短5公里（如范德格拉夫洼地）。背面未发现"质量瘤"。背面的月壳比正面厚，最厚处达150公里,而正面月壳厚度只有60公里左右。
关于月球的成因，众说纷纭，主要有三种假说，即俘获说、分裂说和同源说。
俘获说： 月球可能是在地球轨道附近运行的一个小行星，后来被地球所俘获而成为地球的卫星。因为月球和地球的平均密度相差很大，而化学组成又十分不同，所以，它们可能是由太阳原始星云中不同部位的不同物质形成的。另一方面，月球的平均密度却与陨石、小行星十分接近。因此，很可能是小行星在围绕太阳运行中，由于接近地球，地球的引力使它脱离原来的轨道而被地球所俘获。有人认为，这个事件发生在35亿年前，整个过程经历5亿年。在月球被地球俘获后,月球由于受到地球的起潮力，喷发出大量岩浆，形成月海玄武岩。
分裂说：在太阳系形成的初期，地球和月球原是一个整体，那时地球还处于熔融状态，自转非常快，自转周期只有4小时左右。因此,这时太阳对地球的潮汐作用的周期为 2小时。这个周期恰与地球自由摆动周期相等，从而产生共振，于是在赤道面上形成一串细长的膨胀体，终于分裂而形成月球。太平洋就是月球分裂出去时留下的遗迹。根据计算，地月系统现有的角动量总和，即使再加上几十亿年的角动量损耗，也不足使地球和月球分裂。而且月球的位置又不在地球赤道面上。这些事实是分裂说很难加以解释的。