地球唯一的天然衛星。也是離地球最近的天體。又稱“月亮”，古稱“太陰”。
基本天文參數和運動特徵 半徑1 740千米，約為地球的27％。體積為地球的1/49。表面積相當於地球的1/14，略小於亞洲面積。品質為地球的1/81。平均密度3.34克/釐米3，相當於地球的33/5。赤道表面重力加速度1.62米/秒2，隻及地球的1/6。表面逃逸速度2.4千米/秒，約為地球的21%。地月之間平均距離為384 400千米，約為地球直徑的30倍，與地球構成太陽系中獨特的地月系。從地球上看月球，視圓面直徑的平均值為31角分，和太陽的視圓面大小相當。為既能形成日全食，也能實現日環食提供瞭必要的條件。雖然月球的反照率隻有0.12，比地球的0.37小瞭許多，隻因離地球近，使之成為地球夜空中最亮的天體。滿月時的視亮度為－12.7星等，比金星最亮時還亮2 000倍。月球軌道偏心率e為0.055，比地球軌道偏心率0.017大許多，從而形成地月之間距離的變化幅度是：近日距356 400千米，遠日距406 700千米，二者之比約為88/100。月球在近日點附近時出現的日食可以是日全食，而在遠地點附近時則多為日環食。
圖1 月球正面
月球軌道和地球軌道的傾角平均為5.15°，這就是被稱為“白道”的月球在天球上的運行軌跡與太陽在天球上的運行軌跡“黃道”的交角。月球赤道和它公轉軌道的傾角為6.67°。月球以逆時針方向繞距離地球中心4 671千米處的地月系重心的運轉周期平均為27.321 66日，稱為“恒星月”。在月球繞行的同時，地球也以逆時針方向繞日運行瞭一段行程，因此以太陽為基準的運行周期平均為29.530 59日，稱為“朔望月”。以黃道和白道的交角為基準的運行周期是27.212 22日，稱為“交點月”。以近地點為基準的運行周期是27.554 55日，稱為“近點月”。而以春分點為基準的運行周期是27.321 58日，則稱為“分點月”。月球的軌道運行速度平均是10.1千米/秒，隻及地球軌道速度的1/3。月球以逆時針方向自轉。自轉周期是27.321 66日，長度與公轉周期相同，形成瞭月球總是以同一個半球朝向地球的天象。月球自轉和公轉的同步周期現象在太陽系天然衛星中是唯一的。月球赤道和地球軌道的傾角很小，隻有1.52°，所以月球上幾乎沒有季節現象。由於自轉速度和軌道速度的不均勻性，以及月球赤道和公轉軌道傾角的存在等因素，致使地球上的觀測者能看出月面邊緣的前後擺動，因而能看到的月球表面達59％。這一天象稱為“天平動”。
月球沒有大氣，也沒有液態水。月面上白天溫度可達120℃，夜間則降至－180℃。月球沒有可探測的磁場。
天文學史上的月球研究 月球是除太陽外與地球和人類關系最為密切的天體。地球上的潮汐現象是太陽和月球以及太陽系其他天體的引力作用結果。月球的質量雖然隻及太陽質量的二千七百萬分之一，但月地距離卻隻有日地距離的1/400，所以月球的起潮力是太陽的2.2倍。可以說正是由於有瞭月球才有潮起潮落的周而復始和大潮小潮的互相交替（見海洋潮汐）。還有由於月球的存在，才會有日食和月食的天象。
在地球上，月球是唯一用肉眼能夠觀察到盈虧和月相逐日變化的天體。月相變化的順序是朔月、蛾眉月、上弦月、盈月、滿月、虧月、下弦月和殘月。自古以來，月相變化的周期稱為朔望月，為一種基本計時單位，中國稱之為“月”。凡隻以月相周期安排的歷法稱為“太陰歷”。中國傳統歷法是兼顧月相周期和太陽周年運動的陰陽歷，所以朔望月始終是古歷的基礎。遠古遺存的“古四分歷”中的朔望月周期長度和今日通用值相比，誤差為＋0.000 26日。179～184年東漢劉洪的“乾象歷”中的誤差是－0.000 05日。到463年南北朝祖沖之的“大明歷”已采用瞭與今日通用值精度相同的朔望月日長。早在西漢“淮南子”中刊載的恒星月的長度和今日通用值的差值僅為＋0.000 19日。祖沖之推算出的交點月周期已與今日通用值相當接近。劉洪測定的近點月與現代值僅差＋0.000 21日。
望遠鏡發明後，天文學傢開始繪制和拍攝月面圖，按地形地貌的結構和特征分別冠以“環形山”、“湖”、“海”、“山”、“山脈”、“洋”、“沼”、“岬”、“溪”、“峭壁”、“灣”、“谷”等（圖1）。隨著天體物理學的興起，最終證明月球表面沒有任何液態的水，湖、海、洋、沼、溪、灣等與水有關的名稱其實全都名不副實。
從18世紀末到20世紀初，經過幾代天文學傢的努力，如P.-S.拉普拉斯、C.-E.德洛內、P.A.漢森、J.C.亞當斯、S.紐康、G.W.希爾、F.F.蒂色朗、H.龐加萊、E.W.佈朗等，運用日益完善的天體力學方法，建立瞭成熟的月球運動理論，能夠精確地描述月球的運動細節。
月球的空間探測 月球是人類首先實現就近考察和就地勘測的天體，也是人類第一個登臨的天體（圖2）。人造地球衛星於1957年上天兩年之後，蘇聯空間探測器“月球”3號在1959年飛掠月球，並發送回月球背面的照片，展示瞭人類從未得見的月球背面圖像。1966年“月球”9號第一次實現月面軟著陸。1967年美國“月球軌道環行者”4號實施瞭環極區飛行和照相觀察。隨後，美國“勘測者”1號、5號和6號於1966～1968年期間先後成功地軟著陸。蘇聯“月球車”1號和2號分別在1970年和1973年在月面漫遊10～40千米。此外，“月球”16號、20號和24號於1970～1976年內，采集並送回月巖樣本。美國20世紀60年代開始實施“阿波羅”探月計劃。1969～1972年“阿波羅”11號、12號、14號、15號、16號和17號共6批，計12人次實現人登月。宇航員們就地考察和勘測，采集總計達400千克的月球樣本，安放月震儀等自動記錄和發送科考數據的儀器，為月球的探測樹立瞭新的裡程碑，使人類對月球的地質、地理、物理、化學、內部結構等的知識，達到與地球的類似的水平和深度。根據月巖樣本的分析和放射性元素紀年，確認月球幾乎和地球同時誕生於45.5億年前。過瞭2億年層化出月殼、月幔和很小的月核。隨後的5億年間，歷經瞭內太陽系中殘存的微星天體的強烈轟擊和碰撞，形成瞭直徑幾百千米、深幾十千米的環形山形的隕擊坑以及其他諸如“山”、“山脈”、“岬”、“谷”等月面結構。與此同時，月球背面則更多地保留瞭40億年前的高地地貌。在此階段月球內部緩慢地累積放射性衰變產生的熱量。距今30億～40億年前，熔融的月幔物質溢出月殼，形成月面平原，即月“海”。月球背面缺少月“海”的現象，可能是由於背面的月殼厚度比正面的厚約1倍的結果。月巖的組成雖和地球的近似，但富鈣且易揮發元素少，幾乎沒有氫和鉀。最近30億年內月球內部活動稀少，外在的隕擊也減少。寂靜的表面堆積的微隕星塵層厚達5～10米。
圖2 人類第一次登臨月球的足跡
20世紀70年代之後，太陽系的空間探測轉向其他目標，直到1994年美國“克萊門汀”這個主要用於軍事目的的探測器發現月球極區有水蘊藏的跡象，從而重又引發瞭新的月球探測。1998年美國“月球勘測者”實施環月極區運行，利用γ射線/中子波譜儀檢測到有氫的存在跡象，為最終查明極區藏水提供依據。2003年9月歐洲空間局發射瞭“智能”1號月球探測器，經過3年的飛行，於2006年9月3日因燃料耗盡，以幾乎與月面平行的方向撞擊地球，完成瞭它的探月使命。
月球起源新說 在20世紀70年代之前，關於月球的起源主要有三種理論，即“俘獲說”、“同源說”和“分裂說”。俘獲說認為月球原為一個小行星，後因運行到地球附近被俘獲。同源說認為地球和月球成雙地同時和同地誕生於原始太陽星雲。分裂說則認為月球是在太陽系形成之初，從地球中分離出去的。“阿波羅”探月計劃執行後，有關月球的知識驟增，揭示出三種假說都有與月球和地月系的現實不相容之處。80年代初，關於月球起源的迷惘出現瞭重大突破。首先，新興的混沌動力學指出，太陽系誕生的早期，行星的軌道僅能穩定幾百萬年，隨即因受木星和土星的攝動而快速演變，繼而出現頻繁的大碰撞事件。其次，運用超大型計算機實現的三維流體力學模擬顯示，曾有一個大小和火星近似的天體與形成不久的地球遭遇，發生偏心碰撞。該天體和幼年地球的一部分地幔被反彈到太空，其富鐵的內核則融入地核，彈出的碎片又快速地重新聚集成為今日的月球。這一名為“大碰撞”的月球起源假說不僅兼有俘獲說、同源說和分裂說的有據而合理之處，還能很好地、更多地闡明諸如月球和地月系的軌道、角動量和運動，成分和結構等的特征。“大碰撞說”正成為當前很有前景的月球起源新說。