月球的自转与公转的周期相等（称为潮汐锁定），因此月球始终以同一面朝向着地球。地球海洋潮汐的产生主要是由于月球引力的作用。
由于地球海洋的潮汐作用力与地球自转的方向相反，地球的自转总是受到一个极其微弱的作用力在给地球自转“刹车”，长期积累下来，有充分的证据表明，地球的自转周期越来越慢，一天的时间极其缓慢地增长，大约几年增加1秒；由于地球的反作用力，使月球缓慢地距离地球越来越远，每一年远离地球大约3.8厘米。月球与太阳的大小比率与距离的比率相近，使得它的视大小与太阳几乎相同，在日食时月球可以完全遮蔽太阳而形成日全食。
月球是第一个人类曾经登陆过的地外天体。1958年美国和前苏联发射的月球探测器都宣告失败。1959年前苏联和美国分别成功发射了“月球号”和“先驱者号”月球探测器。1969年美国的阿波罗-11号实现了人类首次载人登月，相继阿波罗-12、14、15、16和17号实现载人登月，一共有12名美国宇航员登上月球开展科学考察、采集月球样品和埋设长期探测月球的科学仪器，共带回地球381.7千克月球样品，大大增长了人类对月球起源、演化的认识。迄今为止人类只有这12名美国宇航员登上了地球以外的天体。
月球以椭圆轨道绕地球运转。这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。白道平面不重合于天赤道，也不平行于黄道面，而且空间位置不断变化。周期27.32日。月球轨道（白道）对地球轨道（黄道）的平均倾角为5°09′。但是已知月球平均每年以3.8cm的速度逐渐与地球离去。
月球在绕地球公转的同时进行自转，周期27.日，正好是一个恒星月，所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”，或“潮汐锁定”，几乎是太阳系卫星世界的普遍规律。一般认为是卫星对行星长期潮汐作用的结果。天平动是一个很奇妙的现象，它使得我们得以看到59%的月面。主要有以下原因：
在椭圆轨道的不同部分，自转速度与公转角速度不匹配。
月球每小时相对背景星空移动半度，即与月面的视直径相若。与其他卫星不同，月球的轨道平面较接近黄道面，而不是在地球的赤道面附近。相对于背景星空，月球围绕地球运行（月球公转）一周所需时间称为一个恒星月；而新月与下一个新月（或两个相同月相之间）所需的时间称为一个朔望月。朔望月较恒星月长是因为地球在月球运行期间，本身也在绕日的轨道上前进了一段距离。
因为月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的，所以地球上只能看见月球永远用同一面向着地球。自月球形成早期，地球便一直受到一个力矩的影响导致自转速度减慢，这个过程称为潮汐锁定。亦因此，部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量，其结果是月球以每年约38毫米的速度远离地球。同时地球的自转越来越慢，一天的长度每年变长15微秒。
从地球上看月亮，看到的月球表面并不是正好它的一半，这是因为月球像天平那样摆动。地球上的观测者会觉得：在月球绕地球运行一周的时间里，月球在南北方向来回摆动，即在维度的方向像天平般的摆动，这被称为“纬天平动”，摆动的角度范围约6°57′；月球在东西方向上，即经度方向上来回摆动的现象，被称为“经天平动”，摆动角度达到7°54′。除去这两种主要的天平动，月球还有周日天平动和物理天平动，前三种天平动都并非月球在摆动，是因为观测者本身与月球之间得相对位置发生变化而产生的现象。只有物理天平动是月球自身在摆动，而且摆动得很小。
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