自伽利略在16世紀初用望遠鏡首先觀測月球以來，尤其是航天時代的飛船和登陸器探測，以及12名宇航員登月，取回月球表麵樣品到地球上實驗室分析，揭示了月球的奧秘和演化史。近年來，再次掀起探測月球的熱潮，我國的“嫦娥”探月工程也正在開展。
月球的平均半徑為1738千米，僅是地球赤道半徑的27·25％。月球的體積僅是地球體積的2％。月球表麵地形最低到最高起伏達16千米，幾乎跟地球的高低起伏一樣大。月球質量為7·353×102千克，僅為地球的1／81·3。在太陽係的所有行星及其衛星中，月球與地球的相對大小和質量比是最大的，因而可以稱為“雙行星”。
月球平均密度為3·341克／厘米3，僅為地球平均密度的60％，說明月球的總體成分和內部結構跟地球的差別較大。月球赤道表麵重力（加速度）為1·62米／秒2，隻有地球表麵重力的1／6，宇航員在月球上毫不費力就可以打破奧運會跳高紀錄。
月球表麵的逃逸速度為2·38千米／秒，比地球表麵逃逸速度（11·2千米／秒）小得多，因此，月球上的氣體易逃逸到太空。現在的月球幾乎沒有大氣，月球的極稀疏大氣是因流星體撞擊月岩而放出的氣體，或月球俘獲的少量太陽風氣體。月球的晝夜平均溫度變化很大（107％～-153℃），太陽直射處溫度高達123℃。在太陽光很少照射到月球的南北兩極區，溫度常低到-233℃。
月球幾乎沒有水，僅兩極低窪區探測到水的跡象，可能是彗星隕落留下來的，估計含水冰至少億噸，這對於將來人們旅居月球是很重要的。月球幾乎沒有地球那樣的全球偶極磁場，月球也沒有磁層。但一些月球岩石有剩餘磁場，有的可達0·3高斯，據推算月球36億年之前可能有更強磁場。
伽利略稱月球表麵的亮區域為月陸，暗區為月海；還看到大量的大大小小凹坑，這些坑的成因是什麼？從伽利略時代到現代，爭論了300多年，有人認為它們是火山口，有人認為它們是外來天體隕落撞擊的隕擊坑。直到登月考察才確認是“隕擊坑”（尤其是含外來天體的成分）。最近的隕擊坑還有濺出物呈放射狀沉積很長的亮輻射紋。滿月時，第穀坑和哥白尼坑的輻射紋尤為壯麗。某些中文書刊上習慣用“環形山”是不太準確的。月球上還有山脈、懸崖、凹穀等構造和火成特征。
月陸又常稱為高地，一般高於月海1～3千米，占月球表麵總麵積的4／5，因反照率較大（0·09～0·12）而顯得亮，是斜長岩組成的古老月殼，由於長期受外來小天體隕擊而隕擊坑累累。
月海是低的盆地，但卻名不符實——那裏沒有水，隻因反照率較小（0·05～0·08）而顯得暗，它們是外來天體的大隕擊開掘，後由下麵噴發的玄武岩填充。有些月海區因質量和重力大而稱為質量瘤。月球表麵上有22個月海，占總麵積的16％，大多（19個）在朝向地球的半個月球（正麵）。最大的月海——風暴洋，麵積約500萬平方千米；其次是雨海，麵積88·7萬平方千米，有的小月海稱為湖（如夢湖、死湖等），月海深入月陸的部分稱為“灣”和“沼”。月麵還有些大的圓形凹地，形如月海，但底部沒有填充月海物質，稱為類月海，多在月球背麵，如赫茲斯朋凹地、科羅廖夫凹地等。