Bulan
"LCROSS" mengirim 2300 kg impaktor ke kawah kutub yang gelap permanen, dan mendeteksi sedikitnya terdapat 100 kg air dalam material ejektor. Analisis data LCROSS lainnya menunjukkan bahwa jumlah air yang terdeteksi mencapai 155 kg. Pada bulan Mei 2011, Erik Hauri melaporkan adanya 615-1410 ppm inklusi leleh air pada sampel Bulan 74220, "tanah kaca jingga" dengan kandungan titanium tinggi yang
berasal dari peristiwa vulkanis yang dikumpulkan dalam misi Apollo 17 pada tahun 1972. Inklusi ini tebentuk saat terjadinya letusan besar di Bulan sekitar 3.7 miliar tahun yang lalu. Konsentrasi ini setara dengan magma di mantel atas Bumi.
Medan gravitasi Bulan telah diukur dengan menggunakan pelacakan pergeseran Doppler pada sinyal radio yang dipancarkan oleh pesawat ruang angkasa yang mengorbit Bulan. Bentuk gravitasi Bulan yang utama adalah konmas, anomali gravitasi positif yang terkait dengan beberapa basin tubrukan besar, sebagian disebabkan oleh aliran lava basaltik mare padat yang memenuhi basin tersebut. Anomali ini sangat memengaruhi orbit pesawat luar
angkasa di sekitar Bulan. Terdapat beberapa perdebatan mengenai gravitasi Bulan: lava yang mengalir dengan sendirinya tidak bisa menjelaskan bentuk gravitasi Bulan, dan beberapa konmas yang ada sama sekali tidak terkait dengan vulkanisme mare.
Bulan memiliki medan magnet eksternal sekitar 1-100 nanotesla, kurang dari seperseratus medan magnet Bumi. Bulan tidak memiliki medan magnet dipolar global, melainkan dihasilkan oleh geodinamo inti logam cair, dan hanya memiliki magnetisasi kerak, yang mungkin sudah ada pada awal sejarah Bulan ketika geodinamo masih beroperasi. Selain itu, beberapa sisa magnetisasi berasal dari medan magnet sementara yang dihasilkan
ketika terjadinya peristiwa tubrukan hebat, dengan melalui perluasan plasma yang dihasilkan oleh tubrukan. Hipotesis ini didukung oleh magnetisasi kerak yang berlokasi di dekat antipode basin tubrukan besar.
Bulan memiliki atmosfer yang sangat renggang, bahkan hampir hampa, dengan massa total kurang dari 10 ton metrik. Tekanan permukaannya adalah sekitar 3 atm (0.3 nPa); ukurannya bervariasi menurut hari Bulan. Sumber atmosfer Bulan meliputi pelepasan gas dan pelepasan atom akibat bombardemen tanah Bulan oleh ion angin surya. Unsur-unsur yang terkandung pada atmosfer Bulan adalah sodium dan potasium, yang dihasilkan
oleh pelepasan atom; unsur ini juga ditemukan pada atmosfer Merkurius dan Io. Unsur lainnya termasuk helium-4 yang dihasilkan dari angin surya; serta argon-40, radon-222, dan polonium-210, yang dilepaskan ke angkasa setelah dihasilkan melalui proses peluruhan radioaktif di dalam kerak dan mantel. Tidak adanya keberadaan spesies netral (atom atau molekul) di atmosfer seperti oksigen, nitrogen,
karbon, hidrogen dan magnesium, yang terdapat pada regolith, masih belum terjelaskan. Uap air terdeteksi oleh "Chandrayaan-1" dan kandungannya bervariasi menurut garis lintang, dengan titik maksimum 60-70 derajat; uap air ini diduga dihasilkan melalui proses sublimasi air es di regolith. Gas-gas ini bisa kembali ke regolith akibat gravitasi Bulan atau lenyap ke luar angkasa, baik melalui tekanan radiasi surya atau, jika terionisasi, tersapu oleh medan magnet angin surya.
Kemiringan sumbu Bulan terhadap ekliptika hanya 1.5424°, jauh lebih kecil dari Bumi (23.44°). Karena hal ini, variasi iluminasi surya pada Bulan memiliki musim yang jauh lebih sedikit, dan detail topografi memiliki peran penting dalam efek perubahan musim. Berdasarkan foto yang diambil oleh wahana "Clementine" pada tahun 1994, terdapat empat wilayah pegunungan di pinggiran kawah Peary di
kutub utara Bulan, yang diduga tetap disinari oleh Matahari di sepanjang hari Bulan, menciptakan puncak cahaya abadi. Tidak ada wilayah seperti itu yang terdapat di kutub selatan Bulan. Selain itu, juga terdapat wilayah yang tidak menerima cahaya secara permanen di bagian bawah kawah kutub, dan kawah-kawah gelap ini suhunya sangat dingin; "Lunar Reconnaissance Orbiter" mencatat
suhu musim panas terendah di kawah kutub selatan mencapai 35 K (238 °C) dan hampir 26 K saat terjadinya titik balik matahari musim dingin di kawah Hermite di kutub utara. Ini adalah suhu terdingin di Tata Surya yang pernah diukur oleh wahana antariksa, bahkan lebih dingin dari suhu permukaan Pluto.
Bulan menyelesaikan orbit lengkap mengelilingi Bumi setiap 27.3 hari sekali (periode sideris). Akan tetapi, karena Bumi bergerak pada orbitnya mengelilingi Matahari pada waktu yang bersamaan, dibutuhkan waktu yang sedikit lebih lama bagi Bulan untuk memperlihatkan fase yang sama ke Bumi, yaitu sekitar 29.5 hari (periode sinodik). Tidak seperti kebanyakan satelit planet
lainnya, orbit Bulan lebih dekat ke bidang ekliptika daripada ke bidang khatulistiwa planet. Orbit Bulan diperturbasi oleh Matahari dan Bumi dalam cara yang halus dan kompleks. Misalnya, bidang pergerakan orbit Bulan secara bertahap mengalami pergeseran, yang memengaruhi aspek pergerakan Bulan lainnya. Fenomena ini secara matematis dijelaskan oleh Hukum Cassini.
Ukuran Bulan relatif besar jika dibandingkan dengan ukuran Bumi, yakni seperempat dari diameter dan 1/81 dari massa Bumi. Bulan adalah satelit alami terbesar di Tata Surya menurut ukuran relatif planet yang diorbitnya, meskipun Charon lebih besar untuk ukuran planet katai Pluto, yakni sekitar 1/9 dari massa Pluto. Meskipun demikian, Bumi dan Bulan masih dianggap sebagai sistem planet-satelit, bukannya sistem planet
ganda, karena barisentrum kedua benda langit ini berlokasi 1700 km (sekitar seperempat radius Bumi) di bawah permukaan Bumi.
Bulan berada pada rotasi sinkron; waktu yang dibutuhkan oleh Bulan untuk berputar pada porosnya kira-kira sama dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengorbit Bumi. Oleh sebab itu, Bulan selalu memperlihatkan sisi yang sama pada Bumi. Pada awal sejarahnya, perputaran Bulan lebih lambat dan terjadi penguncian pasang surut pada orientasi ini, terutama karena
efek friksional deformasi pasang surut yang dipicu oleh Bumi. Sisi Bulan yang menghadap Bumi disebut dengan sisi dekat, sedangkan sisi yang membelakangi Bumi disebut dengan sisi jauh. Sisi jauh seringkali disalah artikan sebagai "sisi gelap", meskipun pada kenyataannya sisi ini diterangi oleh cahaya sebagaimana halnya sisi dekat. Sekali dalam sebulan, sisi dekat yang gelap bisa disaksikan dari Bumi ketika terjadinya fase bulan baru.
Bulan memiliki albedo yang sangat rendah, dengan tingkat kecerahan yang sedikit lebih terang dari aspal hitam. Meskipun demikian, Bulan adalah benda langit yang paling terang di langit setelah Matahari. Hal ini antara lain disebabkan oleh peningkatan kecerahan akibat efek oposisi; pada fase bulan seperempat, hanya sepersepuluh bagian Bulan yang terang, bukannya seperempat. Selain itu, konstansi
warna pada sistem visual Bulan mengkalibrasi hubungan antara warna objek dan sekitarnya; karena langit di sekitar Bulan relatif gelap, Bulan yang diterangi Matahari tampak sebagai benda langit yang terang. Bagian pinggir bulan purnama tampak sama terang dengan bagian tengahnya, tanpa pengelaman tungkai, karena sifat reflektif dari tanah Bulan, yang merefleksikan lebih banyak cahaya ke arah Matahari
daripada ke arah lainnya. Bulan terlihat lebih besar saat berada dekat dengan cakrawala, tetapi hal ini hanyalah efek psikologis semata, yang dikenal dengan ilusi Bulan (pertama kali dijelaskan pada abad ke-7 SM). Besaran busur rata-rata bulan purnama adalah sekitar 0.52° di langit, kira-kira sama dengan ukuran Matahari yang terlihat dari Bumi (lihat gerhana).
Ketinggian Bulan di langit bervariasi; meskipun memiliki batas yang hampir sama dengan Matahari, ketinggiannya berubah seiring dengan fase Bulan dan perubahan musim dalam setahun, dengan ketinggian tertinggi terjadi saat bulan purnama pada waktu musim dingin. Siklus simpul Bulan selama 18.6 tahun juga memiliki pengaruh; ketika simpul menaik orbit Bulan berada pada ekuinoks vernal, deklinasi