在地球引力影响下月球做旋转运动时，其自转和公转周期是相同的。也就是说，地球上的人们似乎永远只看见月球的半个球面。

月球的背面因为始终背朝着地球，人们没法瞧见，千百年来，它像个猜不透的谜一样笼罩在人们的心头。人们对它的解释也是各持己见，无一定论。有人说，月球背面的重力可能要大于其正面的重力，也许还存在空气和水。有人预言说，可以断定有一片环形山在月球背面，既广阔，又明亮。也有人说，地球南半球海洋多，北半球大陆多。月球上的情形可能也类似于地球：月球正面的中央部分为最高地，月球背面的中央部分是一片“大海”，实际上是一片暗色的平原。

1959年1月2日，前苏联发射的“月球1号”，在1月4日飞抵距离月亮6000千米的上空，拍摄一些照片传到了地球。1959年10月4日，前苏联又发射了“月球3号”自动行星际站。10月6日它开始进入环绕月球的轨道飞行，7日6时30分，它转到距离月亮背面大约7000米的高空。而当时人们在地球上看到的是“新月”。月球背面正是受太阳照射的白天，刚好适合拍照。当行星际站在月亮和太阳之间运行的时候，在40分钟内拍摄到了许多不同比例的月球背面图，然后再进行显影、定影等的自动处理，把资料用电视传真发回地球。这批月亮背面的照片是人类有史以来第一次拍到。从此，科学界终于揭开了这个千年奥秘。

月亮的背面也是一个半球，山区占地表的绝大部分，中央部分没有“海”，其他地方即使有一些海但也比较小。背面的颜色稍稍红于正面。现在，一幅较详细的背面图已经由科学家们绘制而成，并且科学家们还给那些背面的山和“海”，按国际规定给它们取了名字。

以已故著名科学家名字命名的环形山有：齐奥科夫斯基、布鲁诺、爱迪生、居里夫人等。“海”则命名为理想海和莫斯科海等。用中国古代张衡、石申、郭守敬、祖冲之和万户这5位科学家的名字命名了其中的5座环形山。其中万户环形山是规模最大的，面积达600多平方千米，它处于南半球，夹在帕那与赫茨普龙两座环形山之间，而赫茨普龙与帕那环形山则是以英国两位物理学家而命名的。

1966年，从美国“月球太空船2号”拍摄的照片上，人们能够仔细地看清月面上那些形状不一、大量错落的圆丘，这些圆丘类似于美国西北部的圆丘。科学家认为，月球内部熔岩向月面鼓涌形成了这些圆丘。

通过现代科学仪器观测的结果和对宇航员带回的月球岩石所作的分析，科学家得出这样的假设：月球地貌的形成跟火山活动和陨星撞击这两种自然力量都有关系。火山活动中形成了许多圆丘和较小的环形山，而陨星撞击月球时则形成了那些大环形山。当然，这些假设还期待着更多的证据来证明。