Ziemia w odróżnieniu od większości innych planet posiada tylko jednego naturalnego satelitę. Jest nim oczywiście Księżyc. Jest to drugi pod względem jasności obiekt na niebie. Świeci on światłem odbitym. Księżyc okrąża Ziemię po niemalże kołowej orbicie. Jej mimośród to 0.05. Pojedyncze okrążenie trwa 27.3 dnia. Księżyc jest oddalony od Ziemi średnio o 384.4 tys. kilometrów. Wskutek oddziaływań pływowych następuje ciągły wzrost odległości Księżyca od Ziemi. Tempo tego wzrostu to 3 cm na rok.

Księżyc rotuje także wokół własnej osi przy czym okres obrotu wokół własnej osi jest w przypadku Księżyca równy okresowi jego obiegu wokół Ziemi. Wskutek tego z powierzchni Ziemi widoczna jest zawsze ta sama strona Księżyca. Poza tym na niebie można obserwować zmieniający się kształt Księżyca. Faktycznie jednak nic takiego nie ma miejsca. Wrażenie to, to po prostu oświetlona przez światło słoneczne półkula Księżyca obserwowana pod różnymi kątami. Wynika to ze zmiennego wzajemnego położenia Księżyca, Ziemi i Słońca .I tak kolejne postacie satelity ziemskiego nazywa się fazami. Ich przejście jedna w drugą następują w sposób ciągły. Występuje kilka faz Księżyca. Wśród nich występują:

- nów - taka sytuacja ma miejsce, gdy z Ziemi widoczna jest nieoświetlona półkula.

- pełnia - jest przeciwieństwem nowiu. W tej fazie widać całą tarczę Księżyca. Dzieje się tak, gdy Księżyc znajdzie się na linii Słońce - Ziemia, ale po przeciwnej niż Słońce stronie.

- kwadry- stany pośrednie Księżyca. Mówi się wtedy, ze Księżyca "ubywa" lub "przybywa".

Czasem w nomenklaturze astronomicznej nów numeruje się jako kwadrę zerową, a pełnię jako drugą. Czas jaki upływa między kolejnymi takimi samymi fazami Księżyca wynosi 29.5 dnia.

Czasem obserwowane jest na niebie zjawisko zwane zaćmieniem Księżyca. Dzieje się tak wtedy, gdy Księżyc znajdzie się w pobliżu węzła orbity. Ziemia będzie wtedy rzucała cień na tarczę Księżyca.

Rozmiary naturalnego satelity Ziemi są dużo mniejsze od rozmiarów samej Ziemi. Jego masa wynosi zaledwie 1/81 masy Ziemi czyli 1.75x10kg, a promień stanowi 0.27 promienia ziemskiego. Tak więc średnia gęstość materii księżycowej wynosi około 3.34 g/cm. Na podstawie małej wartości gęstości można wnioskować, że Księżyc w swojej budowie zawiera mniej żelaza niż Ziemia.

Jądro Księżyca zbudowane jest z żelaza, ale ma dużo mniejsze rozmiary w porównaniu z jądrem ziemskim. Promień księżycowego jądra wynosi bowiem zaledwie 700 kilometrów. Kolejną warstwę o grubości około 400 kilometrów stanowią stopione skały. Dalsza w kolejności warstwa to skalisty płaszcz a później skorupa o grubości około kilkudziesięciu kilometrów.

Ponieważ występują liczne podobieństwa między składem izotopowym Ziemi i Księżyca podejrzewa się wspólne ich pochodzenie.

Jedna z teorii ewolucji Księżyca mówi , że do jego ukształtowania doszło w końcowej fazie kształtowania się Układu Słonecznego. Nastąpiło to w wyniku zderzenia się protoplanety o dość dużych rozmiarach z Ziemią. Spowodowało to utratę przez naszą planetę części płaszcza. Natomiast materia tego płaszcza zlokalizowała się na orbicie okołoziemskiej i w konsekwencji doszło do uformowania satelity.

Istnieje także inna teoria sugerująca, że do powstania Księżyca doszło w stosunkowo dużej odległości od naszej planety. Następnie znalazł się on pod wpływem oddziaływania pola magnetycznego Ziemi i tak już pozostało.

Okazuje się jednak, że także księżyc oddziałuje na Ziemię. Dowodem tego są zjawiska zwane pływami.

Obserwuje się wtedy zmianę poziomu mórz i oceanów. W sytuacji gdy dochodzi do obniżenia ich poziomu mówi się o odpływach, a w sytuacji odwrotnej czyli w przypadku podwyższenia poziomu wód o przypływach.

Oddziaływaniu Księżyca w większym stopniu ulega ta półkula, która w danym momencie jest do niego zwrócona. Dochodzi do utworzenia się dwóch spiętrzeń pływowych , pomiędzy którymi dochodzi do formowania się dolin odpływowych. W ciągu każdej doby dwukrotnie występują przypływy i odpływy. Jest to spowodowane obrotem Ziemi wokół własnej osi. Dzięki temu w strefę gdzie oddziałują spiętrzenia dostają się wszystkie wody mórz i oceanów na powierzchni kuli ziemskiej.

Na pływy ma również wpływ oddziaływanie Słońca. Jednak w porównaniu z Księżycem wpływ ten jest dwukrotnie mniejszy. Jeśli dojdzie do wzajemnego znoszenia się oddziaływań Słońca i Księżyca wtedy przypływy są dużo mniejsze. Do takich sytuacji może dochodzić gdy Księżyc znajduje się w pierwszej i ostatniej kwadrze.

Powierzchnię Księżyca tworzą głównie skały bazaltowe pochodzenia wulkanicznego, a całość pokryta jest przez lekki pył składający się głównie z tlenków krzemu, glinu , wapnia i żelaza.

Na powierzchni Księżyca występują bardzo charakterystyczne kamienie mające postać kulek ze szkła. Do ich powstania dochodzi podczas uderzenia meteorytu w powierzchnię Księżyca. Dochodzi wtedy do wyzwolenia dużej ilości energii . Na skutek tego dochodzi do odparowania części materii księżycowej. Po jej skrzepnięciu powstają właśnie takie kuleczki noszące nazwę tektytów.

W ukształtowaniu powierzchni Księżyca formacją dominującą są kratery uderzeniowe. Na samej tylko półkuli widocznej z Ziemi jest ich ponad 300 tysięcy. Natomiast na całej powierzchni Księżyca jest ich dużo więcej. Kratery powstały w wyniku zderzeń z meteorytami. Największe z nich mogą mieć średnicę nawet ponad 1 km. Niektóre z nich wypełnione są zastygłą lawą wulkaniczną. Co ciekawe niedawne badania przyniosły informacje, że dna kraterów znajdujących się na biegunach Księżyca mogą być wypełnione lodem wodnym. Do tej pory na powierzchni Księżyca nie stwierdzono obecności wody.

Wśród innych struktur na powierzchni satelity można wyróżnić: łańcuchy górskie oraz bruzdy i szczeliny.

Pasma górskie na Księżycu nazwano przeważnie nawami pasm ziemskich tak jak np. Karpaty, Alpy, Apeniny czy Pireneje. Najwyższe góry noszą nazwę gór Leibniza. Ich miejsce występowania stanowi południowo - zachodnia półkula. Wysokość jaką osiągają poszczególne wzniesienia w tym paśmie niejednokrotnie przekracza 10 tysięcy kilometrów.

Na powierzchni Księżyca można dostrzec gołym okiem ciemne plamy, które układają się na kształt oczu, nosa i ust. Dawniej uważano , że są one faktycznymi zbiornikami wodnymi i dlatego nadano im nazwy: Morze Jasności, Morze Spokoju i Jezioro Snów. Tymczasem są to prawdopodobnie pozostałości po zderzeniach z jakimiś ciałami niebieskimi. Mimo tego, że prawda o tych obszarach została poznana już dawno nazwy nadane w przeszłości nadal funkcjonują.

Temperatury na powierzchni Księżyca ulegają zmianie w zakresie od 110 stopni do -180 stopni. Najwyższa temperatura występuje w środku dnia księżycowego, a najniższa w środku nocy księżycowej. Tak duże wahania temperatury wynikają z braku atmosfery na Księżycu. Brak atmosfery powoduje również, że do powierzchni satelity dociera bez żadnych przeszkód promieniowanie kosmiczne. Również meteoryty nie są przez nic powstrzymywane i uderzają w jego powierzchnię. Brak atmosfery powoduje również, że nie ma zjawiska rozpraszania promieni słonecznych na cząsteczkach gazów. Na skutek tego niebo widoczne z Księżyca ma zawsze ciemną barwę.

Szczegółowe informacje dotyczące ukształtowania powierzchni Księżyca astronomia zawdzięcza głównie pięciu amerykańskim satelitom Księżyca. Zostały one wystrzelone w kierunku Księżyca w ramach programu badawczego Lunar Orbiter. Miało to miejsce w roku 1966. Krążyły wokół Księżyca przez okres prawie jednego roku w różnych od niego odległościach. Dostarczyły one nie tylko dokładnych zdjęć powierzchni Księżyca , ale także dzięki danym przekazanym na Ziemię dokonano analizy pola grawitacyjnego Księżyca. Dzięki temu doszło do odkrycia obszarów, gdzie jest skoncentrowana masa wewnątrz Księżyca czyli tzw. masonów. Najwięcej możliwości poznawczych Księżyca dostarczyła jednak misja Apollo, w czasie której doszło do kilkakrotnego lądowania człowieka na Księżycu.