作为距离我们最近的一颗星球，月球常被比作地球的第八大洲。我们关于它的种种美好设想几乎和围绕在它身上的未解之谜一样多。重返月球将成为人类寻找答案和实现梦想的全新旅程。
谜团1：月球到底从何而来？
“月球起源”是个十分古老的问题，18世纪以来的月球起源假说归纳起来可以分为三类：与地球同源说、地月分裂说、地月俘获说。“同源说”是最早出现的一种月球起源假说，它认为月球和地球具有相同的起源。“分裂说”则认为，在太阳系形成初期地球还处于熔融状态时，地球的转速相当高，以致于有一部分物质被甩出去后形成了月球。甚至有人认为太平洋就是月球分出去后留下的疤痕。继“同源说”和“分裂说”之后提出的“俘获说”认为，月球和地球是在不同的地方形成的，一次偶然的机会，地球把运行到附近的月球俘获，成为自己的卫星。这三种假说都获得了一些实验的支持，但在某些问题上又都难以自圆其说。
上世纪80年代中期，一位美国天文学家提出了一个崭新的、摆脱了上述三种假说框框的月球成因假说。该假说认为，在太阳系形成早期，大约在相当于目前地-月系统存在的空间范围内，形成了一个原始地球和一个火星般大小的天体，它们在各自的演化中均形成了以铁为主的金属核和以硅酸盐组成的幔及壳。一个偶然的机会这两个天体撞在了一起，地球被撞出了轨道，火星大小的天体也碎裂了。飞离的气体、尘埃受地球的引力作用“落”在地球的周围，通过吸积，先形成几个小天体，以后像滚雪球似地形成了月球。这种假说在某种程度上兼容了三种经典假说的优点，并得到了一些地质化学、地质物理学实验的支持，但还没有被最终确认。
谜团2：年龄之谜
从月球带回的岩石标本，经分析发现其中99%的年龄要比地球上90%年龄最大的岩石更加年长。“阿波罗”飞船登月宇航员阿姆斯特朗在寂静海降落后拣起的第一块岩石的年龄是36亿岁。其他一些岩石的年龄为43亿岁、46亿岁和45亿岁。它几乎和地球及太阳系本身的年龄一样大，而地球上最古老的岩石是37亿岁。1973年，世界月球研讨会上曾测定一块年龄为53亿岁的月球岩石。更令人不解的是，这些古老的岩石都采自科学家认为是月球上最年轻的区域。不过，与周围的土壤相比，岩石还算是年轻的。据分析，月球土壤的年龄至少比岩石大10亿年。科学家进行化学成分测定后发现，这些土壤与岩石无关，似乎是从别处来的。
谜团3：形状之谜
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。月球不是规则球形，而是两极直径略小于月球赤道(以下简称“赤道”)直径的天体。仔细观察月球形状，我们会发现它好像被人用拇指和食指捏住两极“挤”过一样。
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。
一种假设认为，天体运行轨道半径与天体转速有关，因此1比1的自转公转周期比可以解释当前月球形状不规则的现象。还有一些科学家假设，月球形成初期的自转公转周期比为3比2，也就是公转2周时间自转3周，这种情况至多持续了几亿年，最后因为潮汐力而自转降速，自转公转比稳定为现在的1比1。计算结果表明，这段自转比公转快的时期可能提供足够的力，为月球形成目前的形状准备了条件。
谜团4：质量之谜