月球是太阳系内密度第二高的卫星，仅次于木卫一埃欧。但是月球的内核并不大，半径大约是350公里甚至更小，只占月球大小的约20%，相较之下，其它地球型天体的比例约为50%。它的组成尚不是完全清楚，可能是由金属铁组成，同时含有少量硫和镍。对月球随着时间变化转动的分析显示月球核心至少仍有部分是熔融的。
重力和磁场
月球表面的引力约为地球的六分之一。月球的重力场已经通过围绕月球旋转的探测器发射无线电信号的多普勒效应所测量的。月球重力场主要的特征是拥有质量瘤，即在一些巨大的撞击盆地却反而出现较重的重力分布，这可能与组成这些盆地的玄武岩熔岩流密度较大有关系，这些异常对环绕月球轨道的太空船有极大的影响，如果经月球这些地域时，假如太空船与月面距离足够低，而且轨道不加修正的话，那么太空船会在数个月或数年间在月球表面坠毁。但令人困惑的是，熔岩流密度本身不足以完全解释重力异常，有一些质量瘤的存在明显和月海中的火山作用形成的熔岩流无关。
月球拥有一个外在磁场，其强度不到地球磁场百分之一，范围在1至数百特士拉之间。已发现月球上有类似质量瘤的异常的磁场区。这些磁场区有明显不同于其他地方的磁场强度(但是原因未知)。
天体液体金属核心可以生成的全球性双极性磁场，但现在月球的磁场并不是由液体金属核心产生的，而可能是在月球演化的历史早期被磁化而一直保留至今的地壳磁场，月球磁场另种可能来源是在大碰撞事件期间生成的瞬态磁场残余的磁化，通过撞击产生的电浆云包围，扩大了磁场的范围，这种说法受到最大的地壳磁场撞击盆地对面出现对蹠点的支持。
大气层
月球有一个非常稀薄、接近真空的大气层，总质量低于10公吨。如此小的大气质量在月球表面产生的压力大约是3x10-15atm(0.3nPa)，数值随着月球一天的时间不同而改变。月球大气的来源包括出气和溅射，如太阳风的离子轰极月球表面释放出的原子。过往曾经检测到由溅射产生的原子包括钠和钾，相同的情况也曾在水星和木卫一埃欧的大气中发现过。月球大气的氦-4来自太阳风，氩-40、氡-222和钋-210则来自月球地函相关元素放射性衰变后的溅射。但月球大气中缺乏存在于月球表岩屑的氧、氮、碳、氢和镁等自然元素的原子或分子，目前原因尚不清楚。月船1号已经在月球大气中发现水蒸气的存在，其含量随着月球纬度的不同而改变，大约在纬度为60-70度时水蒸气的含量最高。这些水蒸气可能是由月球表面表岩屑的水冰升华而生成的。月球大气层的气体有些被月球的重力吸引回到表岩屑，有些由于太阳的辐射压，或者被太阳风的电离后逃逸到太空中。
月球
季节
月球的转轴倾角只有1.54 ，远小于地球的23.44。。由于这个缘故，太阳照射对月球季节变化的影响很小，反而是月球表面地形对季节变化有重要作用。在2004年，约翰.霍普金斯大学的BenBussey博士率领的小组研究克莱芒蒂娜探测器在1994年获得的影像，发现位于月球北极的皮尔斯环形山边缘有4个区域在整个月球日中都被阳光所照亮，形成永昼峰，而在月球南极地区没有类似的区域。而在极区的许多环形山底部是永久黑暗的，没有受到阳光照射。这些黑暗的环形山底部是极低温的:月球勘测轨道飞行器在夏天的南极环形山底部测得的最低温度是35K (-238 C)，而在接近冬至时在北极测得埃尔米特环形山的温度只有26K(-247 C)。这个温度比冥王星的表面温度还要低，是太空船在太阳系中所测得的最低温度。
水的存在
月球的表面不存在液态水，因为太阳辐射会使水被光解并快速逸入太空。但从1960年代以来，科学家假设由彗星撞击所带来的水、或者来自太阳风的氢和含氧丰富的月岩反应所产生的水，都可能以冰的型态沉积下来，并在月球两极撞击坑低温的永久阴影区留下可以追踪得到的痕迹。电脑模拟月面的永久阴影区约有14,000平方公里。在月球上可用水的数量是一个重要的因素，可以决定建设一个月球适居区计画的成本效益，因为从地球运水到月球的费用极为昂贵。
