研究月球的物質成分、結構和構造、形成和演化歷史的一門學科，即月球地質學。二十世紀五十年代以前，人們通過望遠鏡對月球進行各種觀測，編制出各種月面圖，但這隻限於研究月球表面的地理特徵，屬於月面學的範疇。1959年蘇聯發射的第一枚月球火箭，揭示瞭月球背面的秘密。1969年美國“阿波羅”11號登月（見阿波羅月球探測）以來，共採集瞭數百公斤的各種月球樣品，對月球的土壤和巖石的類型、礦物、化學成分、同位素組成、物理性質、月球的形成和各階段演化過程作瞭綜合研究，編制出各各種比例尺的全月月質圖和構造圖。
月表的大構造單元可劃分為月陸和月海帶。月陸是月面上隆起的古老基底，而月海則是下沉的迭加在基底構造上的窪陷，如南海-風暴洋月海帶（長約7，500公裡，寬約1，500公裡）和月球背面月海帶（延伸5，500公裡，寬700～1，500公裡）。月海帶的外圍為月陸隆起帶。在整個月面上發育著北-東、南-東、南-北向和少量東-西向的斷裂體系，把月面切割成格子構造。
月表的各種“地形”並不是同時生成的：①前雨海紀（距今46～42億年），形成月陸上的古老山地地形。②雨海紀（距今42～39億年），月表受到大量隕石碰撞，並形成主要的月海盆地，碰撞時的濺射物堆積成山脈。③風暴洋紀（距今39～31億年），大量火山熔巖噴發，充填月海。④愛拉托遜紀（距今31～8億年），形成大量月坑，但濺射物形成的輻射紋已消失。⑤哥白尼紀（8億年前至今），形成有輻射紋的月坑，如哥白尼月坑、第谷月坑等。
月球正面的月質分區如圖1所示。月面主要有三種類型的巖石：①主要組成月陸的富鋁斜長巖（含Al2O315～20％），是在距今42～40億年前由月球內部的巖漿分離結晶作用形成的。②富鐵的（有時是富鈦的）月海玄武巖，是在距今39.5～31.5億年前由月球內部的局部熔融而噴發的火山熔巖。③由含有豐富的放射性元素和難熔的微量元素組成的蘇長巖。月球的表面覆蓋著一層3～6米厚的月壤。月壤由月巖碎裂成的，碎裂的原因主要是月表溫差的變化和隕石的撞擊。月壤中還含有太陽風和隕石成分。
月巖中已發現近60種礦物，其中有6種是地球上尚未發現的礦物，如三斜鐵輝石〔CaFe6(SiO3)7〕、低鐵假板鈦礦〔(Mg，Fe)Ti2O5〕、鈦鉻鐵礦〔(Fe，Ti，Al，Cr)3O4〕、靜海石 〔Fe戱(Zr＋Y)2Ti3Si3O24〕和類似靜海石的富鋯礦物（X及Y相）。月巖中的礦物幾乎不含高價鐵和含水的礦物，這說明月巖是在很高的還原條件和缺水的情況下形成的。在月巖和月壤中發現有地球中的全部化學元素。月巖的化學成分同太陽原始星雲的平均化學成分相比，難熔的親巖元素比較豐富，而親鐵、親銅和揮發性元素比較缺乏（圖2）。
月巖中雖然發現有多種有機化合物，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、各種鏈狀和環狀結構的碳氫化合物、卟啉、核酸和氨基酸等，但沒有發現存在生命物質的跡象。月表溫度的劇烈變化，太陽的強烈輻射，宇宙射線和隕石對月表的撞擊，幹涸無水的月表和近於真空的環境，都說明月球上不可能有植物和動物，甚至連細菌也難以生存。月面大氣的主要化學成分是He和
40Ar，在白天和黑夜，大氣的密度分別為每立方厘米有3×
10
3和6×
10
4個原子，幾乎是真空狀態。
月球上沒有發現近代的火山活動。根據放置在月球上的月震儀記錄，月震很弱，最大的震級是1～2級。月震每年釋放的能量相當於地震釋放的能量的百萬分之一。月震的震源區在深達700～1，000公裡部位。月面熱流微弱，表明月球內部溫度較低。根據對月球的密度、電導率和放射性元素含量的研究，證明月球內部是剛性的。月球沒有明顯的磁場，月巖僅有微弱的剩磁，強度約0.00036高斯左右。對月球的重力場研究發現，月球有許多“質量瘤”。通過對月震波在月球內部的傳播速度的研究證明：從月面算起，0～25公裡為上月殼，25～65公裡為下月殼，65～1，000公裡為月幔，深度超過1，000公裡為月核。月核不是由金屬鐵組成，可能是由Fe-Ni-S及榴輝巖物質組成。
參考書目
中國科學院貴陽地球化學研究所編：《月質學研究進展》，科學出版社，北京，1977。
N.M.Short，Planetary Geology，Prentice-HallineInc.，Englewood，Cliffs，New Jersey，1975.