相對於背景星空，月球圍繞地球運行（月球公轉）一周所需時間稱為一個恆星月；而新月與下一個新月（或兩個相同月相之間）所需的時間稱為一個朔望月。朔望月較恆星月長是因為地球在月球運行期間，本身也在繞日的軌道上前進了一段距離。從月球看地球
嚴格來說，地球與月球圍繞共同質心運轉，共同質心距地心4700千米（即地球半徑的3/4處）。由於共同質心在地球表面以下，地球圍繞共同質心的運動好像是在「晃動」一般。從地球南極上空觀看，地球和月球均以順時針方向自轉；而且月球也是以順時針繞地運行；甚至地球也是以順時針繞日公轉的，形成這種現象的原因是地球、月球相對於太陽來說擁有相同的角動量，即「從一開始就是以這個方向轉動」。
月球本身並不發光，只反射太陽光。月球亮度隨日、月間角距離和地、月間距離的改變而變化。平均亮度為太陽亮度的1/465000，亮度變化幅度從1/630000至1/375000。滿月時亮度平均為-12.7等（見）。它給大地的照度平均為0.22勒克斯，相當於100瓦電燈在距離21米處的照度。月面不是一個良好的反光體，它的平均反照率只有7%，其餘93%均被月球吸收。月海的反照率更低，約為6%。月面高地和環形山的反照率為17%，看上去山地比月海明亮。月球的亮度隨而月球的背面地圖變化，滿月時的亮度比上下弦要大十多倍。
由於月球上沒有大氣，再加上月面物質的熱容量和導熱率又很低，因而月球表面晝夜的溫差很大。白天，在陽光垂直照射的地方溫度高達+127℃；夜晚，溫度可降低到-183℃。這些數值，只表示月球表面的溫度。用射電觀測可以測定月面土壤中的溫度，這種測量表明，月面土壤中較深處的溫度很少變化，這正是由於月面物質導熱率低造成的。從月震波的傳播了解到月球也有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼厚60～65公裡。月殼下面到1,000公裡深度是月幔，佔了月球大部分體積。月幔下面是月核。月核的溫度約1,000℃，很可能是熔融的，據推測大概是由Fe-Ni-S和榴輝巖物質構成。