月球的內部結構可以分為三層：
月殼：月球的外層，其厚度不均勻，正面約50千米，背面約75千米，平均約65千米。高地斜長岩月殼較厚，月海玄武岩月殼較薄。
月幔：位於月殼與月核之間，為矽酸鹽構成。上月幔厚度約185千米，是玄武岩漿的源區；下月幔厚度約1388千米，可能是富橄欖岩的輝石岩原始的物質。
月核：月球的中心區，半徑約350千米，可能是半熔融狀態。月球核心與地球核心非常相似，有一副堅實的「鐵石心腸」，具有與地球相似的流體外核和固體核心。
月球在形成之初的狀態，都是一顆表面被高溫、呈流體狀態的熔岩所覆蓋。隨著時間的推移，這些熔岩逐漸冷卻，緻密的礦物質慢慢下沉形成月球的地幔，密度較小的礦物則上升形成地殼。月球內部存在著許多洞穴和隧道，其中最著名的是「Selene貝克洞穴」，這些洞穴和隧道成為了未來人類月球基地建設的理想場所。