ماه تنها قمر طبیعی زمین و تنها جرم آسمانیست که انسان بر روی آن حضور داشته است. ماه روشن ترین جرم در آسمان شب است اما نوری از خود تولید نمی کند در عوض نور خورشید را منعکس می کند. مانند زمین و دیگر اعضای منظومه شمسی، عمر ماه حدود 6/4 بیلیون سال می باشد. ماه از زمین بسیار کوچکتر است. میانگین شعاع ماه 4/1737 کیلومتر ، حدود 27 درصد شعاع زمین می باشد. جرم آن نیز از جرم زمین بسیار کمتر است. جرم زمین 81 برابر جرم ماه می باشد. چگالی ماه حدود 34/3 گرم در هر سانتیمتر مکعب، تقریبا 60 درصد چگالی زمین است. از آنجائیکه جرم ماه از جرم زمین کمتر است، نیروی گرانش در سطح آن نیز کمتر از زمین و حدود یک ششم آن می باشد.
بدین ترتیب شخصی که بر روی ماه ایستاده احساس می کند که پنج ششم از وزن خود را از دست داده است. همینطور اگر سنگی را در سطح ماه رها کنیم بسیار آهسته تر از سنگی که در زمین رها شده، به سطح ماه می رسد. علیرغم نیروی گرانش نسبتا ضعیف ماه، فاصله آن تا زمین به قدری کم است که باعث ایجاد جذر و مد در آبهای زمین می گردد. میانگین فاصله مرکز ماه تا مرکز زمین 384.467 کیلومتر است. این فاصله در حال افزایش است البته باسرعتی بسیار اندک. ماه در هر سال 8/3 سانتیمتر از زمین دورتر می شود. دمای سطح ماه در ناحیه استوایی آن از بسیار سرد یعنی 173- درجه سانتیگراد در شب تا بسیار گرم یعنی 127+ درجه سانتیگراد در طی روز، متغیر است. در چاله های عمیق نزدیک قطبهای ماه، دما همیشه حدود 240- درجه سانتیگراد است. در ماه هیچ گونه از حیات وجود ندارد.
در مقایسه با زمین، این قمر تغییرات اندکی در طی بیلیونها سال داشته است. در ماه، آسمان حتی در طی روز سیاه است و ستارگان همیشه دیده می شوند. وقتی از زمین با چشم غیر مسلح به ماه نگاه می کنیم، می توانیم مناطق تیره و روشنی بر روی سطح ماه ببینیم. مناطق روشن ارتفاعات ناهمواری هستند که به واسطه برخوردهای اجرام آسمانی با ماه به وجود آمده اند. به این مناطق تری (terrae) می گویند. کلمه تری یک کلمه یونانی به معنی زمینها می باشد. مناطق مرتفع، پوسته اصلی ماه می باشند که به دلیل برخورد انواع اجرام آسمانی قطعه قطعه شده اند. قطر چاله های زیادی در منطقه تری متجاوز از 40 کیلومتر می باشد. بزرگترین آنها حوزه ایتکن (Aitken) قطب جنوب با قطر 2500 کیلومتر است. مناطق تیره با نام ماریا (maria) شناخته می شوند. ماریا واژه ای یونانی به معنی دریا می باشد. این نام به جهت هموار بودن مناطق تیره و شباهت آنها به بسترهای وسیع آب به این مناطق اطلاق می گردد.
این مناطق با لایه ای از مواد مذاب که بیلیونها سال پیش از آتشفشانهای فعال فوران کرده و اکنون منجمد شده اند، پوشیده شده است. از آن زمان، برخورد اجرام آسمانی چاله هایی را در نواحی ماریا ایجاد کرده اند. ماه جو قابل ملاحظه ای ندارد اما مقدار اندکی گاز در سطح آن وجود دارد. مردم اغلب این گازها را اتمسفر ماه می دانند. این اتمسفر می تواند اگزوسفر (exosphere) یا "جو خارجی" نیز نامیده شود. اگزوسفر به ذرات بسیار کم چگالی گفته می شود که پیرامون یک جسم بدون هوا را احاطه کرده است. عطارد و برخی از اجرام منظومه شمسی نیز دارای اگزوسفر می باشند. در سال 1959، دانشمندان کاوش کردن در ماه را به کمک سفینه روبوتیک آغاز کردند. در آن سال، اتحاد جماهیر شوروی سفینه لونا 3 (Luna 3) را به قسمتی از ماه که دیده نمی شود فرستاد و این سفینه نخستین عکسها را از سمت پنهان ماه تهیه نمود. کلمه لونا در لاتین به معنی ماه می باشد. در تاریخ 20 جولای 1969، ماه نشین آپولو 11 ایالات متحده در ماه فرود آمد. فضانورد نیل آرمسترانگ (Neil A. Armstrong) نخستین انسانی بود که بر روی ماه رد پا گذاشت. در سالهای 1990، دو سفینه کاوشگر روبوتیک امریکایی، کلمنتاین (Clementine) و لونار پراسپکتور (Lunar Prospector)، شواهدی مبنی بر وجود آب یخ زده در دو قطب ماه را به دست آوردند. این یخها توسط سنگهای آسمانی، 2 تا 3 بیلیون سال پیش به سطح ماه آورده شده اند.
این یخها در مناطق همیشه سایه ماه باقی ماندند چرا که دما در این مناطق 240- درجه سانتیگراد می باشد. حرکات ماه ماه در مسیرهای متنوعی در حرکت است. برای مثال، حرکت وضعی ماه حول محور طولی فرضی خودش و حرکت ماه به دور زمین را می توان بر شمرد. به دلیل گردش ماه به دور زمین قسمتهای مختلفی از بخش قابل رویت ماه، در هر فاز، از زمین دیده می شود. در هنگام وقوع پدیده ای به نام خسوف ماه، زمین و خورشید در یک راستا قرار می گیرند. حرکت آرامی به نام "لیبراسیون" یا "رخگرد ماه" ما را قادر به دیدن حدود 59 درصد از سطح ماه در زمانهای مختلف می کند. گردش و مدار ماه در هر 5/29 روز یکبار به دور خود می چرخد. در واقع این مدت زمان بین یک طلوع خورشید تا طلوع دیگر در ماه است و به آن روز ماهی می گویند. در مقایسه، زمین در هر 24 ساعت یکبار حول خود می چرخد. محور طولی ماه مانند محور طولی زمین، اندکی کج است. زاویه محور طولی زمین 5/23 درجه است و همین امر منجر به تغییر فصل در زمین می شود. اما زاویه محور طولی ماه تنها حدود 5/1 درجه است بنابراین در ماه فصل وجود ندارد.
نتیجه دیگری که از انحراف اندک زاویه محور طولی ماه حاصل می گردد این است که قله های مشخصی نزدیک قطب های ماه همیشه در معرض نور خورشید قرار دارند و کف برخی از چاله ها به ویژه نزدیک قطب جنوب همیشه در سایه به سر می برند. ماه نجومی زمانیست که ماه یک گردش کامل به دور زمین را نسبت به ستارگان پس زمینه آسمان کامل می کند. در این حین، به دلیل اینکه زمین دائما در مدار خود به دور خورشید در حرکت است، ماه باید کمی بیش از 360 درجه حرکت کند تا از یک ماه نو به ماه نوی دیگر برسد. بنابراین ماه ساینودیک (synodic) از ماه نجومی طولانی تر است. یک ماه نجومی 355/27 روز طول می کشد در حالیکه ماه ساینودیک 537/29 روز است. یک ماه ساینودیک برابر با یک روز ماهی است. در نتیجه همیشه فقط یک نیمکره از ماه دیده می شود و نیمکره دیگر از دید ما در روی زمین پنهان است. مردم گاهی اشتباها به قسمت پنهان ماه، قسمت تاریک می گویند. ماه قسمت تاریک دارد اما آن قسمت بخشی است که در معرض تابش نور خورشید قرار نمی گیرد و محل آن دائما در حال تغییر است. مدار ماه مانند مدار زمین، به شکل یک دایره پهن شده است. فاصله بین مرکز زمین و مرکز ماه متغیر می باشد. در قسمتی از مدار ماه به نام پریجی (perigee) یا حضیض، ماه کمترین فاصله از زمین یعنی 363.300 کیلومتر را دارد. در قسمت دیگری از مدار به نام آپوجی (apogee) یا نقطه اوج، ماه بیشترین فاصله یعنی 405.500 کیلومتر از زمین را دارد. مدار ماه بیضی شکل است. فازها با حرکت ماه به دور زمین، ناظر زمینی در شکل ماه تغییر مشاهده می کند. به نظر می رسد که ماه از شکل یک هلال به شکل یک دایره درآمده و مجددا به هلال تبدیل می شود. شکل ماه هر روز تغییر می کند چرا که ناظر با گردش ماه قسمتهای مختلفی از ماه را که در معرض نور خورشید قرار گرفته است مشاهده می کند. این تغییرات در ظاهر را "فاز" می نامند. ماه دارای چهار فاز است: 1) ماه نو 2) ربع اول 3) ماه کامل 4) ربع آخر. زمانیکه ماه بین زمین و خورشید قرار می گیرد، منطقه روشن آن پشت به زمین قرار می گیرد. ستاره شناسان این فاز تاریک ماه را ماه نو می نامند. یک شب پس از ماه نو، هلال باریکی از نور در گوشه شرقی ماه پدیدار می شود. باقیمانده قسمتی از ماه که رو به زمین است به شکلی کدر و بی نور به خاطر پرتوهایی که از زمین به ماه می تابند، قابل مشاهده است. هر شب، ناظر زمینی می تواند قسمت بیشتری از ماه را که به آن نور می تابد ببیند. بعد از حدود 7 روز، ناطر می تواند نصف ماه کامل را ببیند. به این فاز ربع اول می گویند چرا که این فاز پس از گذشت یک چهارم از ماه ساینودیک ظاهر می گردد. با گذشت 7 روز دیگر، ماه به قسمت مقابل خورشید و زمین می رسد. همه قسمت نور خورده ماه در این هنگام قابل رویت است. به این فاز "بدر کامل" می گویند. حدود هفت روز بعد از بدر کامل، ناظر مجددا یک نیم بدر ماه را می بیند. به این فاز ربع سوم یا ربع آخر می گویند. با گذشت هفت روز دیگر، ماه بین زمین و خورشید قرار می گیرد و به این ترتیب ماه نویی دیگر آغاز می شود. مانند خورشید، ماه نیز از شرق طلوع و از غرب غروب می کند. با پیشروی ماه در مدار و ایجاد فازها، زمان طلوع و غروب آن نیز تغییر می کند.
در فاز ماه نو، ماه به همراه خورشید طلوع می کند. با گذشت هر روز، به طور متوسط ماه حدود 50 دقیقه دیرتر طلوع می کند. گرفتگی ها زمانی رخ می دهند که زمین، خورشید و ماه به طور کامل و یا تقریبا در امتداد یک خط قرار می گیرند. خسوف زمانی رخ می دهد که زمین بین ماه و خورشید است و سایه آن بر روی ماه می افتد. خسوف فقط در زمان فاز بدر کامل رخ می دهد. کسوف زمانی ایجاد می گردد که ماه تقریبا یا کاملا بین زمین و خورشید قرار بگیرد و سایه ماه بر روی زمین بیفتد. کسوف فقط در زمان فاز ماه نو رخ می دهد. در حین یک دور گردش ماه به دور زمین، یک بار زمین بین ماه و خورشید قرار می گیرد و یک بار ماه بین خورشید و زمین است. اما در بیشتر اوقات، این اجرام در راستای یک خط قرار نمی گیرند. بنابر این ما هر ماه شاهد وقوع یک کسوف و یک خسوف نخواهیم بود. دلیل اصلی قرار نگرفتن این اجرام در یک راستا، انحراف 5 درجه ای صفحه مداری ماه نسبت به صفحه مداری زمین است. به دلیل این انحراف سایه زمین یا ماه از بالا یا پایین یکدیگر عبور کرده و وارد فضای بیکران می شوند. لیبراسیون یا رخگرد ما در زمین گاهی شاهد بخشی از قسمت پنهان ماه هستیم. نمایان شدن بخشی از قسمت پنهان به دلیل لیبراسیون یا رخگرد ماه می باشد. در ماه سه نوع رخگرد وجود دارد: 1) رخگرد در طول جغرافیایی. 2) رخگرد روزانه. 3) رخگرد در عرض جغرافیایی. رخگرد در طول جغرافیایی به دلیل بیضی بودن شکل مدار ماه به دور زمین اتفاق می افتد. در حین گردش ماه به دور زمین سرعت گردش آن متغیر است. بر اساس قانون کشف شده توسط ستاره شناس آلمانی، یوهانس کپلر در اوایل قرن 17، هنگامیکه ماه نسبتا به زمین نزدیک است سرعت آن بیش از حد میانگین و هنگامیکه نسبتا از زمین دور است سرعت آن کمتر از حد میانگین می شود. اما سرعت گردش وضعی ماه، یعنی گردش آن به دور محور طولی همواره ثابت است. بنابراین در نتیجه ارتعاشات طولی، رصدکننده نه تنها می تواند "چهره" ماه را ببیند بلکه "گونه هایش" را هم می تواند مشاهده کند.