1609年，意大利科學家伽利略製成了一架簡單的望遠鏡，首先用它來觀察月亮，邁出了人類用科學儀器觀測天體的第一步。觀察結果使伽利略大為驚奇，原來，月亮並不像人們想象的那樣潔白無瑕，景色迷人。月亮上有明有暗，瘢痕累累，有些地方還凹凸得十分厲害。伽利略認為:那些明亮的部分一定是山脈；那些總是黑暗的部分一定是海。他還給月麵上這些暗的部分起了海洋的名稱，如“雲海”、“濕海”、“雨海”、“冷海”、“風暴洋”等等。
300多年來，人們繼伽利略之後，辛勤地觀測月亮，繪製了許多幅月麵圖，一張比一張更精細。不過，人們在地球上看到的月亮，隻是它朝著我們的那張“笑臉”，卻始終看不到它的“後腦勺”。直到1959年10月7日，前蘇聯火箭“月球3號”第一次飛到月亮背麵，把它的“後腦勺”照了相回來，這才使我們有可能認識月亮的全貌。原來，月亮的背麵也同樣荒涼坎坷，山地比正麵更多一些。
月亮在太陽係的衛星中雖然不算最大的，但是跟它的主星地球相比，月亮卻是個大衛星。月亮的平均直徑3475.8千米，大約相當於地球直徑的1/4；它的表麵積是3800萬平方千米，相當於地球麵積的1/14，比我們亞洲的麵積稍微小一點；月亮的體積是220億立方千米，等於地球體積的1/49；月亮的質量是7350億億噸，大約等於地球質量的1/81；月亮物質的密度是每立方厘米3.34克，相當地球密度的3/5。這樣大比例的衛星，在太陽係裏是少有的，月亮和地球簡直像是一X才行星。
月亮離開我們有多遠呢？從月亮到地球的平均距離是38440米，相當於地球半徑的60倍，約等於環繞地球赤道十圈的行程。
月亮繞地球旋轉的軌道也不是正圓，而是橢圓形的，所以離開我們有遠有近：最近的時候隻有363300千米，最遠的距離是405500千米。如果我們注意觀察，可以看出月亮有時候顯得大一些、亮一些，離我們最近的時候要比最遠的時候看起來大209，亮3070。
月亮表麵的暗斑，就是伽利略稱之為“海”的部分。實際上，月亮上根本沒有水，“月海”有名無實，發暗的部分是比周圍低窪的廣闊平原。最大的“月海”風暴洋的麵積500萬平方千米，比我國麵積的一半還要大一些。“月海”共22個，約占月亮總麵積的40。其餘609發亮的部分被稱為“陸”。這裏是高地和山脈，峰巒重疊，溝壑縱橫。“陸”比“海”平均高出1500米。
月亮上的特產是環形山。環形山一般是圓形的，四周山壁突出，內坡比較陡峭，外坡比較平緩，樣子很像火山口。有些環形山中心還聳立著一個孤立的山峰，叫“中央峰”。環形山的山壁有高有低，一般高度在200米到5000米之間。環形山的範圍有大有小，最大的環形山是月亮南部邊緣的貝利環形山，直徑295千米，四周山壁高達4250米，簡直是被高山包圍的大平原，把我國的海南島裝進去還綽縛有餘。有些環形山四周山壁不高，可是中間底部深陷。最深的是牛頓環形山，比外圍的平原低7000米，比山壁低8858米；把珠穆朗瑪峰裝進去，可以看不見山尖。