月球內部構造

月球地壳

从轨道上绘制的地质化学图暗示月球地壳主要由斜长岩组成，而这与岩浆海洋的假说一致。月球地壳上的主要化学元素有氧、硅、镁、铁、钙和铝，但是重要的微量和痕量元素，像是钛、铀、钍、钾和氢也都存在。以地球物理为基础，估计月球地壳的平均厚度大约是50公里。

月球地幔

在月球地幔中的熔融部分引起月球表面上月海的玄武岩喷发。对这些玄武岩的分析显示，月球地幔的主要组成矿物是橄榄石、直辉石类和斜辉石类，并且比地球的含有更多的铁。有些月球玄武岩含有高丰度的钛（存在于矿物的钛铁矿）。月球表面下约1,000公里深度的地幔曾发现月震，它们每个月周期性的发生，被认为与月球轨道的离心率和潮汐力的应力有关；也发现了一些在月球表面下约100公里处的浅层月震，但这些发生的频率更低，似乎与月球的潮汐力无关。

月球核心

月球的平均密度是3.3464公克/立方公分，是太阳系的卫星之中第二高（仅次于埃欧）。但是，有几项迹象意味着月球的核心很小，半径大约只有350公里，甚或更小。月球的核心只占了月球大小约20%，相较其他大多数的类地型天体几乎都占到50%。月球核心的成分仍然不明，但多数都相信其组成金属铁的合金与少量的硫和镍。分析月球自转相对于时间的变化，显示核心至少有一部分是熔融的。
根据最近使用震波叠加的新技术，重新分析阿波罗计划建立的地震阵列网搜集到的月震资料，月球内核被认为是一个含铁量丰富的固体，直径约240公里（150英里）；在内核之外还有个液态、主要成分为铁的外核，直径约330公里 （205英里），并首度与地球的地核作比较，月球有可能跟地球外核一样，有着硫和氧等较轻的化学元素。