近年来，已经在月球表面发现水的特征。在1994年，安装在克莱门门汀号太空船的双向雷达实验，显示有少量、冰冻的水存在接近表面的凹穴内。但是，后续使用阿雷西博天文台的雷达观测，又认为此发现可能是由新撞击坑中的岩石近被撞击的岩石喷出的。在1998年，月球勘探者携带的中子能谱计显示，在极地附近深度1米的风化层存在着高浓度的氢。在2008年，对一颗由阿波罗15号带回的熔岩珠的分析，显示有微量的水存在于球状硅酸盐玻璃内。
在2008年，印度的月船1号太空船使用在载月球矿物绘图仪确认表面有水冰的存在。分光计观测在反射的阳光中侦测到羟基的通用吸收谱线，提供了有大量水冰在月球表面的证据。太空船显示浓度可能高达1000PPM。在2009年，月球坑观测和传感卫星送了个2,300 公斤的撞击器到极区永久阴暗的环形山，并且从喷出的羽状物质中至少检测到100公斤的水。LCROSS另一个实验的数据显示侦测到的水量，更靠近155公斤(土 12公斤)。
与地球的关系
轨道
月球相对于固定的恒星以27.32天的周期完整地绕行轨道一周。更正确的说，月球的平恒星周期是27.321661天(27d07h 43m 11.5s)，和平回归周期(从分点至分点)是27.321582天(27d 07h 43m 04.7s) (“天文历书的补充解释”，1961, at p.107) (它的恒星周期) 。然而，因为地球间同时间也绕着太阳转，它对地球呈现相同相位的时间就会较长，大约是29.53天(它的会合周期)。与其他行星大多数的卫星不同，月球的轨道比较接近黄道平面，而不是地球的赤道平面。月球的轨道受到太阳和地球而有许多小、复杂并且相互影响而难解的摄动，例如月球轨道平面的渐进转动，这影响到月球其它的运动状态。卡西尼定律以数学叙述出后续的影响。其中主要的轨道变化有:偏心率变化、轨道倾角变化、拱线运动、交点西退、中心差。
地球和月球，按比例显示它们的大小和距离。黄色条表示在1.26秒中光脉冲旅行从地球到月球(约400,000 km or 250,000 mi)。
偏心率变化
月球轨道偏心率变化在1/15到1/23的范围内，偏心率的平均值为0.0549，接近1/18。
严格来说，地球与月球围绕共同质心运转，共同质心距地心4,671公里(即地球半径的2/3处)。由于共同质心在地球表面以下，地球围绕共同质心的运动好像是在「晃动」一般。从地球北极上空观看，地球和月球均以逆时针方向自转;而且月球也是以逆时针绕地运行;甚至地球也是以逆时针绕日公转的。
很多人不明白为什么月球轨道倾角和月球自转轴倾角的数值会有这么大的变化。其实，轨道倾角是相对于中心天体(即地球)而言的，而自转轴倾角则相对于卫星(即月球)本身的轨道面。这个定义习惯很适合一般情况(例如人造卫星的轨道)而且数值是相当固定的，但月球却非如此。
地球和月球日出图
拱线运动
月球围绕地球的椭圆轨道，在它自己的平面上也不是固定的，其椭圆的拱线(近地点和远地点的连线)沿月球公转方向向前移动，每8.85年移动一周。中国早在东汉，贾逵就提出月球视运动的最疾点每九年运动一周，这实际上正是拱线运动的结果。
轨道倾角变化
月球轨道(白道)对地球轨道(黄道) 的交角(黄白交角)变化在4 57~ 5 19之间，平均值为5 09。
月球的轨道平面(白道面)与黄道面(地球 的公转轨道平面)保持着5.145 396 的夹角，而月球自转轴则与黄道面的法线成1.5424 的夹角。因为地球并非完美球形，而是在赤道较为隆起，因此白道面在不断进动(即与黄道的交点在顺时针转动)， 每6793.5天 (18.5966年) 完成一周。期间，白道面相对于地球赤道面(地球赤道面以23.45倾斜于黄道面)的夹角会由28.60 (即23.45 + 5.15%)至18.30 (即23.45 - 5.15 )之间变化。同样地，月球自转轴与白道面的夹角亦会介乎6.69 (即5.15 + 1.54 )及3.60 (即5.15 - 1.54 )。月球轨道这些变化又会反过来影响地球自转轴的倾角，使它出现+0.002 56 的摆动，称为章动。
交点西退
白道与黄道的交线，其空间位置并不固定，而是不断地向西运动，每18.6年运行一周。这一现象早在东汉末年就为刘洪发现，并用于月食预报计算中。中心差由于月球轨道是椭圆而不是圆形，月球公转速度并不均匀。月球运动同均匀的圆周运动比较，时而超前，时而落后，其半振幅为6.29，周期为27.55455日。
