Судя по отношению — масса Луны к массе Земли, по сопоставлению с подобными величинами для спутников других планет, такое отношение считается очень большим и составляет примерно 1:81. На втором месте находится Тритон — спутник Нептуна, но масса его уже почти в 700 раз меньше массы своей планеты. Благодаря этому такую систему как Земля-Луна можно считать двойной планетарной.

Луна обращается вокуруг своей оси с периодом равным периоду её обращения вокруг Земли. Это привело к тому, что Луна всегда расположена к Земле одной и той же стороной. Такой тип вращения называют синхронным. Но, хотя в любое мгновение времени наблюдатель видит с Земли ровно половину поверхности Луны, из-за особенностей движения спутника по орбите на самом же деле можно видеть не 50, а 60 % поверхности.

Самые крупные детали на поверхности Луны можно наблюдать с Земли невооруженным глазом. К таким деталям относятся тёмные и светлые участки. Первым человеком, наблюдавшим Луну в телескоп, был Галилей, который назвал морями тёмные участки. Такое название по традиции сохранилось, хотя всем известно, что нет воды в лунных морях. Под светлыми участками понимают материки, которы занимают примерно 60% видимой с Земли поверхности Луны. Это холмистые районы, которые пересечены горными хребтами. Большая их часть имеют земные названия: Альпы, Карпаты, Кавказ и т. д. Моря представляют из себя равнинные участки лунной поверхности. Уже XVII в некоторым из этих участков были даны экзотические названия: Море Кризисов, Море Влажности, Море Благосостояния и т. д. Самая большая разность высот на Луне составляет 11 км, а по областям она меняется в пределах 4-6 км. На некоторых участках поверхности Луны есть рвы и трещины, крутые и длинные обрывы, загадочные формы, напоминающие русла высохших рек.

Конечно же самыми эффектными деталями поверхности Луны являются кратеры, носящие имена выдающихся учёных. На видимую с Земли сторону приходится около 30 000 кратеров. Самые большие из них — кратер Гримальди с диаметром 200 км и Клавий — 235 км. На сделанных космическими аппаратами фотографиях кратеров, имеющих диаметр от 60 см, насчитывается больше 200 000. В некоторых из них емеются центральные горки. Наибольшее количество лунных кратеров носят метеоритное происхождение.

Измерения показали, что на экваторе в полдень температура лунной поверхности достигает 120 °С, а ночью -155 °С.

Примерно 40 % невидимой с Земли поверхности Луны оставались недоступными для исследований до того времени, пока в 1959 г. советская межпланетная станция «Луна-3» не совершила облёт вокруг Луны. Оказалось, что на обратной стороне Луны находится практически такой же рельеф, что и на видимой. Самым большим кратером является Циолковский, диаметр которого равен 789 км.

С того времени как началась космическая эра астрономических исследований, к Луне было отправлено более 60 космических аппаратов. Двое из них доставили на Луну «Луноход-1» и «Луноход-2», а 9 были пилотированы астронавтами. Шесть из них совершили мягкую посадку.

20 июля 1969 г. первый человек ступил на поверхность Луны, это был астронавт Нил Армстронг из США. Вместе с Эдвином Олдрином они совершили успешную мягкую посадку в модуле корабля «Аполлон-11» с западной стороны Моря Спокойствия, в то время как 3-й астронавт - Майкл Коллинз, остался на орбите Луны. Начиная с того времени и кончая декабрём 1972 г. двенадцать американских исследователей провели на поверхности Луны в общем около 300 часов и установили там разные научные приборы. Кроме того, собрали и доставили на Землю 400 кг образцов грунта Луны.

Лунные образцы пород магматического происхождения, а по химическому составу практически такие же, как состав земных пород, хотя с недостатком кобальта и никеля и богатых железом - циркония, титана и иттрия.

В породах Луны особенно много глинозёма, кремнезёма, кальция и окислов железа. Возраст пород Луны около 3-4,6 млрд лет.

Луна является спокойным в тектоническом отношении небесным телом. Бурная эпоха его формирования закончилась ещё 3,16 миллиардов лет назад. Теперь же полная энергия лунотрясений, которая была зарегистрирована сейсмометрами, меньше энергии землетрясений, в 1 миллиард раз. В большинстве случаев это лунотрясения, которые вызваны падением метеоритов. Хотя в 1958 г. сотрудниками Крымской астрофизической обсерватории было зафиксировано в телескоп извержение газов, исходящих из кратера Альфонс. В ноябре же 1971 г. американские исследователи обнаружили в районе Океана Бурь действующий гейзер.

По сравнению с геомагнитным полем, постоянное лунное магнитное поле примерно в 1 000 раз меньше. Это означает, что у Луны отсутствует жидкое ядро. Газовая оболочка Луны чрезвычайно разрежена и состоит из гелия, водорода, аргона и неона.