自伽利略在16世纪初用望远镜首先观测月球以来，尤其是航天时代的飞船和登陆器探测，以及12名宇航员登月，取回月球表面样品到地球上实验室分析，揭示了月球的奥秘和演化史。近年来，再次掀起探测月球的热潮，我国的“嫦娥”探月工程也正在开展。
月球的平均半径为1738千米，仅是地球赤道半径的27.25％。月球的体积仅是地球体积的2％。月球表面地形最低到最高起伏达16千米，几乎跟地球的高低起伏一样大。月球质量为7.353×102千克，仅为地球的1／81.3。在太阳系的所有行星及其卫星中，月球与地球的相对大小和质量比是最大的，因而可以称为“双行星”。
月球平均密度为3.341克／厘米3，仅为地球平均密度的60％，说明月球的总体成分和内部结构跟地球的差别较大。月球赤道表面重力（加速度）为1.62米／秒2，只有地球表面重力的1／6，宇航员在月球上毫不费力就可以打破奥运会跳高纪录。
月球表面的逃逸速度为2.38千米／秒，比地球表面逃逸速度（11.2千米／秒）小得多，因此，月球上的气体易逃逸到太空。现在的月球几乎没有大气，月球的极稀疏大气是因流星体撞击月岩而放出的气体，或月球俘获的少量太阳风气体。月球的昼夜平均温度变化很大（107％～-153℃），太阳直射处温度高达123℃。在太阳光很少照射到月球的南北两极区，温度常低到-233℃。
月球几乎没有水，仅两极低洼区探测到水的迹象，可能是彗星陨落留下来的，估计含水冰至少亿吨，这对于将来人们旅居月球是很重要的。月球几乎没有地球那样的全球偶极磁场，月球也没有磁层。但一些月球岩石有剩余磁场，有的可达0.3高斯，据推算月球36亿年之前可能有更强磁场。
伽利略称月球表面的亮区域为月陆，暗区为月海；还看到大量的大大小小凹坑，这些坑的成因是什么？从伽利略时代到现代，争论了300多年，有人认为它们是火山口，有人认为它们是外来天体陨落撞击的陨击坑。直到登月考察才确认是“陨击坑”（尤其是含外来天体的成分）。最近的陨击坑还有溅出物呈放射状沉积很长的亮辐射纹。满月时，第谷坑和哥白尼坑的辐射纹尤为壮丽。某些中文书刊上习惯用“环形山”是不太准确的。月球上还有山脉、悬崖、凹谷等构造和火成特征。
月陆又常称为高地，一般高于月海1～3千米，占月球表面总面积的4／5，因反照率较大（0.09～0.12）而显得亮，是斜长岩组成的古老月壳，由于长期受外来小天体陨击而陨击坑累累。
月海是低的盆地，但却名不符实——那里没有水，只因反照率较小（0.05～0.08）而显得暗，它们是外来天体的大陨击开掘，后由下面喷发的玄武岩填充。有些月海区因质量和重力大而称为质量瘤。月球表面上有22个月海，占总面积的16％，大多（19个）在朝向地球的半个月球（正面）。最大的月海——风暴洋，面积约500万平方千米；其次是雨海，面积88.7万平方千米，有的小月海称为湖（如梦湖、死湖等），月海深入月陆的部分称为“湾”和“沼”。月面还有些大的圆形凹地，形如月海，但底部没有填充月海物质，称为类月海，多在月球背面，如赫兹斯朋凹地、科罗廖夫凹地等。
宇航员登上月球，确认那里是寂静的不毛之地，天空深黑，视野清澈，散布着形状多样的大小岩块，一走动轻飘飘的，足下细尘飞扬，留下棱角分明的足印。月球表面覆盖着大量陨击抛出的碎岩和细尘——称为“月壤（regolith）”，完全不同于含有腐殖质的地球土壤。
月球内部结构也可分为核、幔、壳。月核的大小甚至是否存在仍是未解决的问题，如果有富铁核的话也不大（其半径350～450千米，占总质量的2％～4％），甚至可能部分熔融。月幔较厚，约占总体积的90％。月壳平均厚度约70千米，但很不均匀，正面月海盆地底部月壳厚几十千米，某些大盆地下面的月幔较密物质上涌到月壳成为质量瘤，而背面高地月壳厚100多千米。月壳和上月幔构成刚性岩石圈，保持上面的陨击盆地和陨击坑。月球的质量中心（质心）偏离几何中心（形心）朝地球方向约2千米。
综合近30多年来的飞船探测研究结果，可以归纳出月球的形成演化史。
关于月球起源，现在流行的是碰撞假说，认为45亿年以前有一个约0.14地球质量的小天体斜撞地球，抛出物很快就聚集形成月球。初期很热，至少其外部几百千米完全熔融，逐渐冷却和结晶，凝结出原始月壳。同时，陨石继续频繁地轰击月球，破坏和混搅原始月壳上部。
距今约43亿年，原岩浆体系最后结晶为克里普（KREEP，富钾、稀土、磷元素）岩，熔融的月壳固结。距今43亿～38亿年，继续有大的陨击开凿月海。同时，月幔深处的放射元素加热而生成岩浆带，在月海区上涌到表面成为火山熔岩喷发而填充月海盆地。大陨击继续翻转和混合上层月壳物质，破坏原始月壳和表面外流火山岩的原来地质建造。一些大陨击开掘多环盆地，击穿下面的破裂混搅碎屑层，抛出月球深处原始样品到表面，供我们收集和研究。
距今38亿～30亿年是月海玄武岩填充时期。陨击率很快减少，从大陨击破裂处涌出更多火成岩流。月海玄武岩来自深150～450千米的部分熔融物质，其密度比月壳的大，因而它们填充的月海盆地成为质量瘤。月海填充持续几亿年，可能不是一次连续的，而是几次。
距今30亿年，火成活动基本结束，陨击率大致保持很低，但相对而言，陨击却成为改造以前月表的主要过程。除了月震和零星的陨击，月球几乎没有地质活动。
总之，尽管月球早期发生剧烈的演化，但很久以前就宁静下来，月球上留下了早、中期的演化遗迹，为研究丧失前期遗迹的地球和类地行星演化提供宝贵的借鉴。