Un observador sólo puede ver en cada momento determinado un 50% de la superficie total de la Luna. Sin embargo, de vez en cuando se puede ver un 9% adicional alrededor del borde aparente debido al balanceo relativo de la Luna llamado libración. Esto sucede a causa de las ligeras diferencias en el ángulo de visión desde la Tierra de las diferentes posiciones relativas de la Luna a lo largo de su órbita elíptica inclinada.
La Luna muestra fases cambiantes a medida que se mueve en su órbita alrededor de la Tierra. La mitad de la Luna está siempre bajo la luz del Sol, de la misma forma que en la mitad de la Tierra es de día mientras que en la otra mitad es de noche. Las fases de la Luna dependen de su posición con respecto al Sol en un instante dado. En la fase llamada Luna nueva, la cara que la Luna presenta a la Tierra está completamente en sombra. Aproximadamente una semana más tarde la Luna entra en su primer cuarto, mostrando la mitad del globo iluminado; siete días después la Luna muestra toda su superficie iluminada, será la Luna llena; otra semana más, el último cuarto, la Luna vuelve a mostrar medio globo iluminado. El ciclo completo se repite cada mes lunar. Es Luna llena cuando está mas lejos del Sol que de la Tierra; es Luna nueva cuando está más cerca. La Luna está en cuarto menguante en su paso de Luna llena a nueva y en cuarto creciente en su paso de nuevo a Luna llena. Las temperaturas de su superficie son extremas, van desde un máximo de 127 °C al mediodía lunar hasta un mínimo de -173 °C justo antes del amanecer lunar.
