Исследования, проведенные с помощью спускаемых космических аппаратов, показали, что поверхность Луны покрыта так называемым реголитом. Он представляет собой обломочно-пылевой слой толщиной от нескольких метров до нескольких десятков метров, состоящий из частиц разных размеров. Реголит образовался путем дробления, перемешивания и спекания лунных пород при падениях метеоритов и микрометеоритов. Анализы показали, что реголит насыщен нейтральными газами в результате воздействия солнечного ветра.

Состав лунных пород отличается от наиболее древних метеоритов. Не сходен он и с пиролитом (пpедполагаемое первичное вещество мантии Земли). Образцы пород, взятые с возвышенных областей, имеют возраст 4 млрд. лет и более. Образцы, взятые из морей, несколько моложе - 3,1-3,95 млрд. лет. И те и другие образцы имеют вулканическое происхождение, однако часто они были очень раздробленными в результате ударов метеоритов.

По происхождению древнейшие лунные образцы сходны с земными вулканическими породами и, очевидно, кристаллизовались из расплава. Средний состав коры возвышенных областей содержит очень большое количество окиси алюминия (до 25%).

По сейсмическим данным, лунная кора имеет толщину порядки 50 км. Скорее всего, существовал первичный слой магмы, из которого «выплавилась» современная кора, подстилающая мантия и нижняя мантия, состоящая из пиролита. Верхняя мантия по современным представлениям должна состоять из оливина, а нижняя (первичная) из оливина и пироксена.

Моря являются более молодыми образованиями и представляют собой базальтовые равнины. Они содержат около 1% массы коры. Моря богаты окисью железа, некоторые — окисью титана.

В составе лунных пород содержится близкое к земному количество магния, алюминия, кальция, кремния. Калий, натрий и хлор составляют значительно меньшую часть по сравнению с Землей. Железа на Луне содержится около 10%.

Строение Луны моделируется исходя из данных лунной сейсмологии и учитывает скорость прохождения и распространения сейсмических волн. По распределению зон скоростей получен следующий профиль структуры Луны.

Наружный слой — кора — имеет неоднородную толщину, в среднем составляющую около 50 км. Несколько сотен метров тянется слой коры, сформированный реголитом, а ниже расположен слой, образовавшийся в результате частичного плавления мантии.

Следующий слой - это верхняя мантия Луны. Она простирается от основания коры вглубь приблизительно на 500 км.

Средняя мантия - слой, расположенный на глубине от 500 до 1000 км. Это область наиболее древних слоев Луны, не подвергавшихся расплавлению. По скоростям сейсмических воли средняя мантия должна состоять из оливинов, включающих до 85% форстерита, и небольшого количества пироксенов.

Нижняя мантия расположена на глубинах свыше 1000 км. Наблюдения распространения сейсмических волн позволяют предположить, что еще глубже расположена область, аналогичная земной астеносфере (переход от мантии к ядру). Некоторые данные говорят о том, что Луна может иметь железное ядро радиусом до 360 км.