Mặt Trăng tự quay với tốc độ trùng khớp với chu kỳ quỹ đạo quanh Trái Đất, hiện tượng được gọi là quay đồng bộ (synchronous rotation), một trường hợp đặc biệt của khóa thủy triều (tidal locking). Chu kỳ này kéo dài khoảng 27,3 ngày, vì vậy cùng một mặt luôn đối diện với Trái Đất. Hệ quả là một "ngày" trên Mặt Trăng dài khoảng 4 tuần.
Câu trả lời giải thích vì sao chúng ta chỉ thấy một mặt của Mặt Trăng.
Nguyên nhân nằm ở lực hấp dẫn. Ai cũng biết Mặt Trăng gây ra thủy triều trên đại dương của Trái Đất, nhưng Trái Đất lại tác động hấp dẫn lên Mặt Trăng còn mạnh hơn. Hiệu ứng khóa thủy triều tạo ra lực hãm lên tốc độ tự quay của Mặt Trăng, cho đến khi tốc độ này bằng với chu kỳ quỹ đạo.
Hai mặt của Mặt Trăng có địa hình rất khác nhau. Mặt gần mà ta nhìn thấy tương đối nhẵn, với những đồng bằng núi lửa rộng lớn. Mặt xa gồ ghề hơn, rải rác các hố va chạm, trong đó có một hố thuộc loại lớn nhất Hệ Mặt Trời. Mặt xa lần đầu được tàu thăm dò Luna 3 của Liên Xô chụp ảnh gửi về vào năm 1959.
Cách gọi "mặt tối" thực ra là một cách hiểu sai. Mặt xa nhận lượng ánh sáng Mặt Trời không kém gì mặt gần. Chúng ta không thấy mặt này chỉ vì nó luôn quay đi, chứ không phải vì nó thiếu sáng.
Ta cũng không bị giới hạn chính xác ở một nửa Mặt Trăng. Do quỹ đạo của Mặt Trăng có dạng elip, từ Trái Đất có thể nhìn thấy khoảng 9% mặt xa, nên tổng diện tích quan sát được lớn hơn 50% bề mặt.
