月球很可能是地球被空间中的巨大物体碰撞后形成的。在我们了解板块构造论（大型地壳的运动）之前，一些人注意到，月球和太平洋的大小差不多，并且开始推测月球可能就是原来地球上的这个部分。其他人推断月球于早期太阳系的其他地方形成，在靠近地球的时候被地球俘获。今天掌握的最普遍的理论则认为在太阳系的早期，一个火星大小的物体与地球发生了一次猛烈的碰撞。物质被驱散，并在地球周围形成了一个环，最后结合成了月球。但那个时候的地球仍处于熔融的状态。
月球的历史很悲壮！在过去经常受到撞击。月球由气体云和尘埃在46亿年前构成。当月球固化的时候，小型的空间碎片不停地被吸入。在39亿年前到42亿年前的这段时间中，这个大碰撞时期产生了我们今天看到的月球表面的坑。38亿年前，月球中心的放射性物质引起了内部的加热，并且使月球变成熔融状态，引发了月球表面的火山爆发。熔岩流到月球表面，它们流向地势低盆地，形成了月海。31亿年前，火山活动期过去了，熔岩固化了。除了偶然的流星碰撞，月球就变成了我们今天看到的样子。
月球内部是多块状的。当飞船第一次被送到空间去环绕月球的时候，科学家们注意到飞船在特定的点被意外地减速或加速。科学家们当即推测速度的变化是由于大密度的流星体碰撞月球并且深入了熔融状态的月球。高密度的地方在它的周围产生了更强一些的引力，这样飞船就被加速了。对月球探测器运动的认真计算使得科学家们可以准确地描述出月球内部看不见的部分的质量分布。
月球的内部还可以通过阿波罗宇航员留在月球上面的测震仪来进行研究。近10000次的月震被探测器记录了下来。一些是因为物体高速撞击月球引起的，但绝大多数还是因为地球潮汐力引发的月球内部的变化。大部分的月震发生在月面以下640～1200千米。在这个深度下面是大多数科学家认为还处于熔融状态的月核。在月震区的上面是月球的覆盖物和月壳。月壳的平均厚度只有72千米。
先后一共有12位宇航员在月球表面行走过。他们每两人一组，共6组，通过阿波罗计划11到17驾驶飞船在月球降落。本来会有更多的着陆计划，但是它们被美国国家航空和宇宙航行局（NASA）取消掉了。不走运的阿波罗13只绕着月球转了几圈而没有成功地着落，像有名的同名电影中描述的一样。一些苏联在冷战时期保密的资料表明：苏联也曾尝试把宇航员送到月球附近，但由于各种原因，这些计划在实施前都夭折了。
宇航员总共从月球上带回了381千克（840磅）的物质。这些物质尺寸迥异，大到人的头颅，小到尘埃颗粒，并且来自月球上从平原到山地的广袤地域。带回的岩石中，最年轻的只有31亿岁，而最老的已有44.2亿岁，接近太阳系自身的年龄。
月球上岩石的年龄一般比地球上的大。月球在31亿年前地质已经不活跃了，许多区域已经不再活动。与之对比，那时地球上火山仍十分活跃，地壳运动直到现在还未停止。因此，地球上的岩石年龄大都远小于30亿年，月球上的岩石年龄大都在40亿年甚至更多。这样一来，研究月球上的岩石，而不是地球上的岩石，可以使我们了解太阳系早期的历史。
从月球上带回的岩石的类型都是地质学家所熟悉的。在阿波罗宇航员探测的谷底和高地上，找到了角砾岩，即不同类型的岩石在压力作用下“焊接”在一起的混合物。在谷底找到的岩石多是玄武岩，一种含有金属和硅酸盐的颗粒状岩石。
分析月球的岩石可以得出：虽然月球岩石样本中不含水，而含有大量铀、钍等地球上的稀有元素，但地球和月球在化学成分上是相似的，至少在表面上是的。也许有一天，在月球上采矿从经济上来看是可行的。
因为质量远小于地球，月球表面的重力加速度也远小于地球。是地球表面的六分之一。一个在地球上重100千克的人在月球上重还不到17千克，这是由于月球对人的拉力是地球对人的拉力的1/6。宇航员利用一种漫步兼跳跃相结合的方法来使自己在月球上尽快地移动。如果不是身上宇航服的影响，他们能够跳得比地球上高6倍，远6倍。让运动员们穿上灵活的服装，在月球上举办奥林匹克运动会，一定会被录入吉尼斯世界纪录！
在月球上从同一高度放下一把铁锤和一片羽毛，它们将同时着月。如果你现在在身边做这个小试验，很明显，铁锤先着地，因为羽毛表面积与重量之比远大于铁锤，它在下落时受的空气阻力使羽毛减速快。在月球上，没有空气的存在，铁锤受的力比羽毛大，但这个力正好使惯性大的铁锤具有与惯性小的羽毛一样的加速度。惯性取决于物体质量的大小，是表征使物体运动或静止的难度。例如一辆凯迪拉克车的质量比曲棍球大，使凯迪拉克从0千米/秒加速到60千米/秒远比曲棍球难，再使它停下也比曲棍球难。虽然月球上铁锤受的力比羽毛大，但这只能使具有和羽毛一样的加速度，因此铁锤和羽毛将同时着月。
从月球上看地球，将会看到类似月相圆缺变化的“地相”。与从地球上看见月相变化的原因一样，从月球上看地球，地球也会有“地相”变化。而地相与月相正好互补。换句话说，当我们看到满月时，月球上的宇航员将看到新月状的地球；当我们看到1/4月亮时，宇航员将看到3/4的地球。当然，从月球上看到的地球比从地球上看到的月亮大4倍。
一个有趣的现象是：月球正逐渐远离地球。虽然月亮围着地球转，但它以30厘米/年的速度远离我们而去。