因为月球绕轴自转的周期与绕地球公转的周期刚好相同，因此人们用肉眼始终只能观察到月球的半个球面，占月亮表面的59％。月球背面的41％对于地球人来说一直是一片不为人知的神秘地带。
1959年，原苏联科学家第一次拍摄到月球背面的照片。照片上的月亮背面也像正面一样，中央部分没有“海”，绝大部分是山区，其他地方虽有一些“海”，也都比较小。背面的颜色相较于正面稍红一些。
1966年美国“月球太空船”所拍摄的照片，使人们能够看清同美国西北部的圆丘相似的月面上那些大量错落、形状不一的圆丘。科学家认为，是月亮内部熔岩向月面鼓涌形成了这一月貌。
1968年，乘坐“阿波罗8号”的宇航员第一次直接观测到月球背面的情况。
而随着科学家观测的深入，产生的有关月背的疑团却愈发复杂。
一是月球背面，高地和环形山多，地势起伏悬殊，月海比正面少得多，只有莫斯科海、智海和东海，而东海的一部分还留在月球正面的边缘上。月球背面有许多巨大的、很具特征的同心圆结构，最典型的是东海，直径约900千米。它们是怎样形成的，形成的年代在什么时候，具有哪些地质特性等等，目前仍无定论。
二是月球的平均半径是1738千米，最长半径多出4000米，最短半径短了5000米。令人惊讶的是，月球最长和最短半径都在背面，最短半径在南纬30度附近的范德格拉夫洼地，那里的磁场等与周围地区有所不同。
另外，背面的月壳一般都比正面厚，正面月壳厚约60千米，而背面最厚处达150千米。正面发现了不少质量瘤，它显示月面的重力分布有明显异常的地方。据认为在这部分月面下不太深处存在着一定量的高密度物质。迄今为止月球背面还没有发现质量瘤。
月球的背面与正面为何有那么多区别，有人认为，在地球引力的作用下，月球地层也出现了类似地球上的潮汐现象，结果就导致了正背面的差别。也有人认为，月球正背面的差异是由巨大的温差所造成的，同时，反复的温度骤变引起了正背面的差别。但无论哪一种解释都至今无法今人完全信服。
