La Lune est le seul satellite naturel de la Terre. Les caractéristiques de ses mouvements apparents sont connus depuis la plus haute antiquité, les valeurs approximatives de ses paramètres physiques et orbitaux depuis le XVIIIe siècle. La précision de ces valeurs a ensuite considérablement augmenté avec les progrès de l'astronomie et avec l'exploration directe de la Lune.
La Lune a un rayon moyen de 1 738 kilomètres, une masse de 7,35x1022 kg et une densité moyenne de 3,34. Elle parcourt une orbite elliptique autour de la Terre, de rayon moyen égal à 384 402 kilomètres, d'excentricité voisine de 0,055, et inclinée en moyenne de 5° 9' par rapport à l'écliptique. L'axe des pôles est incliné de 83° 3' sur le plan orbital.
La période de révolution autour de la Terre est égale à la période de rotation de la Lune sur elle-même (27,32 jours : mois sidéral). À cause de cette égalité entre révolution et rotation, la Lune dirige toujours la même face appelée face visible vers la Terre. Ce synchronisme est la conséquence du freinage de la rotation de la Lune par les marées créées sur cette dernière par la Terre. Ce freinage s'est poursuivi jusqu'à ce que le synchronisme soit atteint. Dès ce moment, le bourrelet créé par la Terre sur la Lune est devenu fixe et n'a plus causé aucun freinage. Les seules marées sur la Lune sont actuellement provoquées par la variation d'amplitude de ce bourrelet due à la fluctuation de la distance Terre-Lune du fait de l'excentricité de l'orbite.
L'albédo moyen de la Lune est très faible (0,083), ce qui signifie que seuls 8,3 % de la lumière solaire sont réfléchis par la surface. La Lune ne possède pas d'atmosphère digne de ce nom : la pression au sol est inférieure à 10-13 atmosphère terrestre, ce qui est bien plus faible que les meilleurs vides obtenus en laboratoire. Cette absence d'enveloppe gazeuse explique les forts contrastes de température entre le jour et la nuit: la température atteint 130°C au Soleil et - 150°C la nuit. La Lune ne possède pas de moment magnétique décelable. Le champ magnétique actuel mesuré en surface est 1 000 fois plus faible que le champ qui règne à la surface de la Terre. Ce très faible champ magnétique superficiel est dû à un magnétisme rémanent des roches crustales, ce qui prouve qu'un très faible moment magnétique a existé il y a 4 milliards d'années.
L'aspect de la Lune vu depuis la Terre change au cours de sa révolution. À cause des positions relatives Terre-Lune-Soleil, la face visible peut être complètement éclairée par le Soleil (pleine Lune), entièrement plongée dans la nuit (nouvelle Lune), ou seulement partiellement éclairée (diverses phases de la Lune). L'intervalle entre deux phases identiques de la Lune appelé mois synodique est égal à 29,53 jours. Cette valeur est supérieure de 2,21 jours au mois sidéral à cause du mouvement de l'ensemble Terre-Lune autour du Soleil.
La vitesse de rotation de la Lune sur elle-même est presque parfaitement régulière, alors que sa vitesse orbitale varie périodiquement à cause de l'excentricité de son orbite (troisième loi de Kepler). La rotation de la Lune sur elle-même prend donc périodiquement de l'avance puis du retard par rapport à sa révolution.