月球是地球唯一的天然卫星，它沿着一条椭圆轨道绕地球运转，地球走到哪里，它就跟到哪里，真是如影随形，不离左右。月球与地球的平均距离只有384404千米，除了偶尔闯入近地空间的太阳系小天体外，再没有比月球离我们更近的了。月球的平均直径为3476千米，比地球直径的1／4稍大些。月亮的表面积为3800万平方千米，还不如亚洲的面积大。如果用一架天平称一称月亮的体重，用地球作砝码，天平的另一头要放上81个月亮。月亮除了一刻不停地绕着地球转，还和地球一起绕着太阳公转。由于月球自转一周的时间恰好等于公转一周的时间，所以月球总是以固定的一面对着地球，有人说这是月中的嫦娥思念地上的亲人，不肯掉过头去。这种现象我们称之为“同步自转”，几乎是卫星世界的普遍规律。一般认为是行星对卫星长期潮汐作用的结果。天文学家把月球向着地球的一面称为正面，把看不到的那面称为背面。当年发现了天王星的威廉·赫歇尔在他84岁临终前，向牧师说，他最后的遗憾之事是没能亲眼见到月球的背面是什么样子。
月球在围绕地球公转过程中，朝向我们的月面会进行一种左右、上下的摆动，这种运动称为天平动。天平动是一个很奇妙的现象，正是由于存在着平动现象，我们才能够看到月球背面的一小部分。月球的自转是均匀的。但公转运动却并不均匀，在近地点时运动快，远地点时运动慢。月球公转速度的这种变化会使地球上的观察者有时能够看见月面西边缘之外的一小部分，有时则能看见月面东边缘之外的一小部分（经度天平动）。月球的自转轴不与公转轨道面垂直，而是成38°21′的倾角。在月球公转过程中，月球自转轴的北端和南端会轮流朝向地球，这也会使地球上的观察者有时能看到月球北极之外的一小部分，有时又能看到月球南极之外的一小部分（纬度天平动）。由于天平动现象的存在，我们看到的月面并不只是一半，而是整个月面的60％，即整个月面的3／5。
月球上的环形山是伽利略起的。它是月面的显著特征，几乎布满了整个月面。最大的环形山是南极附近的贝利环形山，直径295千米，比海南岛还大一点，小的环形山甚至可能是一个几十厘米的坑洞，直径不小于1000米的大约有33000个，占月球表面积的7％～10％。有个日本学者1969年提出一个环形山分类法，把环形山分为克拉维型（古老的环形山，一般都面目全非，有的还山中有山）、哥白尼型（年轻的环形山常有“辐射纹”，内壁一般带有同心圆状的山丘，中央一般有中央峰）、阿基米德型（环壁较低，可能从哥白尼型演变而来）、碗型和酒窝型（小型环形山，有的直径不到1米）。
月球上的月海由于历史上的原因，这个名不副实的名称被保留到了现在。已确定的月海有22个，此外还有些地形称为“月海”或“类月海”的。公认的22个月海绝大多数分布在月球正面，背面有3个，4个在边缘地区。在正面的月海面积略大，其中最大的“风暴洋”面积约500万平方千米，差不多是9个法国的面积总和。大多数月海大致呈圆形、椭圆形，且四周多被一些山脉封闭住，但也有一些海是连成一片的。除了“海”以外，还有5个地形与之类似的“湖”，梦湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖，但有的湖比海还大，比如梦湖面积7万平方千米。月海伸出的部分称为“湾”和“沼”，都分布在正面。湾有5个：露湾、暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾；沼有腐沼、疫沼、梦沼3个，其实沼和湾没什么区别。月海的地势一般较低，类似地球上的盆地，月海比月球平均水准面低1～2千米，个别最低的海如雨海的东南部甚至比周围低6000米。月面的返照率（一种量度反射太阳光本领的物理量）也比较低，因而看起来显得较黑。
月面上高出月海的地区称为月陆，它一般比月海水平面高2～3千米，由于它返照率高，因而看起来比较明亮。在月球正面，月陆的面积大致与月海相等，但在月球背面，月陆的面积要比月海大得多。从同位素测定知道，月陆比月海古老得多，是月球上最古老的地形特征。
在月球上，除了犬牙交错的众多环形山外，也存在着一些与地球上相似的山脉。月球上的山脉常借用地球上的山脉名，如阿尔卑斯山脉、高加索山脉等，其中最长的山脉为亚平宁山脉，绵延1000千米，但高度不过比月海水平面高三四千米。山脉上也有些峻岭山峰，过去对它们的高度估计偏高。现在认为大多数山峰高度与地球山峰高度相仿，最高的山峰（在月球南极附近）也不8000～9000米。月面上6000米以上的山峰有6个，5000～6000米的20个，4000～5000米的则有80个，1000米以上的有2000个。
月球上的山脉有一个普遍特征：两边的坡度很不对称，向海的一边坡度甚大，有时为崖状，另一侧则相当平缓。除了山脉和山群外，月面上还有4座长达数百千米的峭壁悬崖。其中3座突出在月海中，这种峭壁也称“月堑”。
月面上还有一个主要特征是一些较“年轻”的环形山常带有美丽的“辐射纹”，这是一种以环形山为辐射点的向四面八方延伸的亮带，它几乎以笔直的方向穿过山脉、月海和环形山。辐射纹长度和亮度不一，最引人注目的是第谷环形山的辐射纹，最长的一条长1800千米，满月时尤为壮观。其次，哥白尼和开普勒两个环形山也有相当美丽的辐射纹。据统计，具有辐射纹的环形山有50个。形成辐射纹的原因至今未有定论。实质上，它与环形山的形成理论密切联系。现在许多人都倾向于陨星撞击说，认为在没有大气和引力很小的月球上，陨星撞击可能使高温碎块飞得很远。而另外一些科学家认为不能排除火山的作用，火山爆发时的喷射也有可能形成四处飞散的辐射形状。
地球上有着许多著名的裂谷，如东非大裂谷。月面上那些看来弯弯曲曲的黑色大裂缝就是月谷，它们有的绵延几百到上千千米，宽度从几千米到几十千米不等。那些较宽的月谷大多出现在月陆上较平坦的地区，而那些较窄、较小的月谷（有时又称为月溪）则到处都有。最著名的月谷是在柏拉图环形山的东南连接雨海和冷海的阿尔卑斯大月谷，它把月面上的阿尔卑斯山拦腰截断，很是壮观。从太空拍得的照片估计，它长达130千米，宽10～12千米。
月球对科学家们来说是一个充满梦幻的世界。科学家们推测，月球不仅是解开地球以及众多宇宙之谜的关键，也是开启太阳系起源之谜大门的钥匙。那些古老的谜题在人类登上月球之前就存在了不知多少岁月，直到今天，我们对月球的了解在天文学上仍无太大的进展，这反而令科学家们陷入了更深的困惑之中。的确，实施“阿波罗计划”之前——无论是月球的起源及其自然环境，还是其构成——纵横交织在科学家面前的谜团，像难理的乱丝，然而现在更是头绪纷繁。