白天，月球表面在陽光垂直照射的地方温度高達127攝氏度；夜晚，其表面温度可降低到零下183攝氏度。
由於月球上沒有大氣，再加上月面物質的熱容量和導熱率又很低，因而月球表面晝夜的温差很大。用射電觀測可以測定月面土壤中的温度，這種測量表明，月面土壤中較深處的温度很少變化，這正是由於月面物質導熱率低造成的。
從月震波的傳播瞭解到月球也有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼平均厚度約為60至64、7公里。月殼下面到1000公里深度是月幔，它佔了月球的大部分體積。
月幔下面是
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