人類對於月亮的觀測就是最早的天文學，這種觀測最簡單最方便。月亮和太陽一樣對於人類有重要的意義，在很多國家的神話中月亮都是受人尊敬的女神形象。人們因為觀察月相的變化制定了月曆作為原始生活的指示標準。因為月相的變化比觀測四季的循環更為簡單明顯，所以月曆是最早的曆法。
在一個月的時間中月亮會由西向東繞著地球轉一圈，我們在地球上觀測到的月亮就像其他的行星一樣東升西落。每一天月亮都會出現在黑色的天幕上，有時候天空上太陽還高高掛著明亮的月亮就已經出現在天空中了。月亮出現在天上的時間比其他的恆星遲一些好像在向東後退一樣。這樣的現象非常的顯著只要你花上幾天的時間好好觀察天上的月亮就會察覺出來。比如某一天天上的星星和月亮都非常的明亮，月亮旁邊的一顆明星很快就會遠離月亮，因為月亮循著由東向西的方向繞天空運行，在一夜之間月亮會運行13度、兩夜月亮運行26度、三夜月亮行走39度。27天之後月亮就會再一次出現在那顆明星的旁邊，月亮再一次回到了一個月前所在的位置。
人類觀察月亮一開始是注意到明顯的月相變化，然後才察覺到月亮在恆星間的運動。月亮在某一天夜裡從太陽的光輝下現出身來，這就是初生的新月，第二天月亮呈現出一絲細細的蛾眉光芒，細蛾眉的凸面向著落日。在之後的幾天中峨眉月漸漸的長大，到第六天的時候已經變成一個明亮的半圓形了。月亮上的明暗交界處似乎形成了一道直線，這時候叫做上弦月。
半圓又會慢慢的變成卵圓經過七天之後，月亮變成一個明亮的滿圓這就是滿月。滿月之後就會開始慢慢的虧損，變成卵圓繼而半圓，半圓繼續虧損形成蛾眉形，它的弦角是背對著太陽的，那時候月亮會在早上日出前升起，蛾眉月非常的接近太陽，隨著就會失落在陽光中。月亮又會變成新月，新一輪的變化又要開始了。
月亮繞著地球旋轉一周的時間是27天，但是月相整個變化一次需要29天13個小時。因為軌道是圓形的，當月亮繞著地球轉的時候，地球會帶著月亮一起公轉，月亮回到了上一次新月的起點時，地球上看到的月亮還是下弦月而不是新一次的新月，月亮必須在走上大約2天的路程才能重新來到太陽和地球的連線上形成新月月相。月相的變化周期叫做會和周期，月亮運行軌道上真正的周期叫做恆星周期。這兩種周期的差異正好與地球自轉的周期和太陽日的長短差異是一樣的。
新月和滿月出現的日子又叫做朔望，月亮形成半圓的時候叫做上弦和下弦。太陽中天的時間要比恆星中天的時間遲4分鐘，因為月亮經天一周要比太陽經天一周快13倍，所以月亮每一天中天更落後。在連續兩天裡月亮比太陽中天遲50分鐘，所以用月亮來計算日子，每一天的時間應該是24小時50分鐘，這是一個理想化的數字，其實月亮的運動非常的複雜所以月亮日的時間變動也很大。
月亮成為新月的時候，我們顯然是不能直接觀測到，除非這時候恰好發生了日食。月亮運行軌道的平面叫做白面，白面和黃道平面形成一定的角度，所以日食並不能每個月都發生。如果白面和黃道平面重合，那麼每逢新月的時候就會出現日食。