形状不规则
早在18世纪末，法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯就注意到，形状不规则的月球自转时会发生“颤抖”。
“谜团在于月球太扁了，”美国麻省理工学院地球物理学与行星科学教授玛丽亚·T·朱伯告诉《纽约时报》记者。
20世纪六七十年代，太空探测器发现，处于月球与地球地心连线上的月球半径被拉长，也就是说，如果沿赤道把月球分成两半，截面不是正圆，而是像橄榄球一样的椭圆，“球尖”指向地球。但迄今无人能就月球当前形状的成因给出完全令人信服的解释。
质量不均匀
一般认为，45亿年前，一个火星大小的天体撞击地球，产生的部分碎片形成月球，但这也仅限于推测。
月球形状的另一个谜团是，月球面对地球一面在物质构成及外貌方面与背对地球一面差异很大：前者地壳比另一面地壳薄许多，并拥有由玄武岩构成的广阔平原，这些平原被称为月海，这是很久以前月球表面火山喷发的结果。背对地球的一面地壳厚很多，有更多陨石坑，几乎没有月海。
一定程度上，月海中密度较高的玄武岩使月球的质量中心不在几何中心，偏离了约1.6千米。但是，迁移的发生过程尚不清楚。