由于月球上没有大气,再加上月面物质的热容量和导热率又很低,因而月球表面昼夜的温差很大.白天,在阳光垂直照射的地方温度高达+127℃；夜晚,温度可降低到-183℃.这些数值,只表示月球表面的温度.用射电观测可以测定月面土壤中的温度,而且所用的射电波的波长愈长,愈能探测到月面土壤中较深处的温度.这种测量表明,月面土壤中较深处的温度很少变化,这正是由于月面物质导热率低造成的.
从月震波的传播了解到月球也有壳、幔、核等分层结构.最外层的月壳厚60～65公里.月壳下面到1,000公里深度是月幔,占了月球大部分体积.月幔下面是月核.月核的温度约1,000℃,很可能是熔融的,据推测大概是由Fe-Ni-S和榴辉岩物质构成.