เนื้อหินของดวงจันทร์มีความหนาประมาณ 1,330 กม. (1,330 กม.) และประกอบด้วยหินหนาทึบที่อุดมด้วยธาตุเหล็กและแมกนีเซียม หินหนืดในเนื้อโลกได้เคลื่อนตัวขึ้นสู่พื้นผิวในอดีตและปะทุขึ้นด้วยภูเขาไฟเป็นเวลานานกว่าพันล้านปี จากเมื่อสี่พันล้านปีที่แล้วจนถึงน้อยกว่าสามพันล้านปีก่อน เปลือกโลกที่รวมถึงพื้นผิวดวงจันทร์มีความลึกเฉลี่ยประมาณ 42 ไมล์ (70 กม.) เปลือกโลกส่วนนอกสุดแตกและสั่นคลอนเนื่องจากการชนขนาดใหญ่ที่ดวงจันทร์ต้องทนรับ โดยส่วนที่แตกเป็นทางให้วัตถุที่ไม่บุบสลายอยู่ลึกลงไปประมาณ 6 ไมล์ (9.6 กม.) เช่นเดียวกับ ดาวเคราะห์วงในสุดสี่ดวงในระบบสุริยะของเรา ดวงจันทร์ เป็นหิน มันเต็มไปด้วยหลุมอุกกาบาตที่เกิดจากผลกระทบของดาวเคราะห์น้อยเมื่อหลายล้านปีก่อน และเนื่องจากไม่มีสภาพอากาศ หลุมอุกกาบาตจึงไม่สึกกร่อน องค์ประกอบเฉลี่ยของพื้นผิวดวงจันทร์โดยน้ำหนักคือออกซิเจน 43% ซิลิคอน 20% แมกนีเซียม 19% เหล็ก 10% แคลเซียม 3% อะลูมิเนียม 3% โครเมียม 0.42% ไทเทเนียม 0.18% และแมงกานีส 0.12% ยานอวกาศโคจรพบร่องรอยของน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์ซึ่งอาจมีต้นกำเนิดมาจากใต้ดินลึก พวกเขายังพบหลุมหลายร้อยแห่งที่นักสำรวจสามารถอาศัยอยู่บนดวงจันทร์ได้ในระยะยาว การสังเกตอย่างต่อเนื่องจากLunar Reconnaissance Orbiter (LRO) แสดงให้เห็นว่าน้ำมีมากขึ้นบนทางลาดที่หันหน้าไปทางขั้วโลกใต้ของดวงจันทร์แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะเตือนว่าปริมาณน้ำนั้นเทียบได้กับทะเลทรายที่แห้งแล้งมาก ในขณะเดียวกัน การศึกษาในปี 2560 ชี้ว่าภายในของดวงจันทร์อาจมีน้ำมากเช่นกัน