Belső felépítése
A Hold a Földhöz (és a Naprendszer nagyobb, gömb alakot felvett égitestjeihez) hasonlóan differenciálódott égitest, szerkezetében geokémiailag elkülöníthető kéreg, köpeny és mag létezését figyelték meg kutatók. A Földhöz hasonlóan a Hold mélyében is szilárd és folyékony héjak találhatók. Ezek közül a legbelső, a mag a legforróbb. A Hold magja statikus lehet.
Kéreg
A kérget alkotó legfontosabb elemek: oxigén, magnézium, szilícium, vas kalcium és magnézium. A holdkéreg vastagsága átlagosan 60–70 km, amely körülbelül kétszerese a Földön található szárazföldi kéreg átlagos vastagságának. A meteoritbecsapódások miatt a felső 20 km erősen töredezett, ami a szeizmikus hullámok jelentős szóródását okozza. A Hold kérge egyenetlen vastagságú. A Föld felé néző oldalon 19 km vastag (amely alig marad el a földi kéreg átlagos vastagságától), míg a túloldalon 50–60 km vastag.
Köpeny
A köpeny két részre osztható, felső köpenyre és alsó köpenyre. A felső köpeny szilárd, az alsó pedig részlegesen olvadt. A köpeny összesen kb. 1200 km vastag.
Felső köpeny: 40 km mélységig terjed, anyaga olivin, peridotit és gránit. Hőmérséklete 1327 oC.
Alsó köpeny részben olvadt zóna, melynek mélysége 1255 km, peridotit, titánban gazdag szilikátolvadék, hőmérséklete 1377 oC.
A felső köpeny legalsó részén pattannak ki a Hold saját rengései (havi átlagban 100 alkalommal). E rengéseket főként a Föld–Hold rendszer keringésének változásai, gravitációs hatások váltják ki. A Hold azonban szeizmológiailag rendkívül csendes égitest: a rengések összenergiája tízmilliószor kisebb, mint a Földön mért egy évi összes földrengés energiája. A rengéshullámok a különböző fizikai állapotú és kémiai összetételű anyagokban eltérően terjednek. A köpenyben a rengéshullámok alig gyengülnek, ez a magas hőmérséklet, vagy a víz hiányára utal (a rengéshullámok víz, vagy nagy hőmérsékletű kőzetben erőteljesen lassulnak). Azaz összességében a Hold geológiailag holt égitest.
Mag
Az égitest magja meglehetősen kicsi. A szeizmológiai mérések maximum 450–500 km-es átmérőjű mag létezését mutatták ki. A mag a köpenyhez hasonlóan szintén két részből áll: a belső mag úgy 150–160 km-es lehet és szilárd, hőmérséklete 1437 oC, míg a külső mag maximum 300–350 km-es vastag, olvadt kőzetből álló rész, 1427 oC. A mag főként vasból és kénből épül fel. A mag mérete a bolygótest átmérőjének hozzávetőleg negyede, míg ugyanez az érték a Föld esetében 54%.
Légköre
A Hold légköre rendkívül ritka, felszíni sűrűsége 10-20 g/cm3 , a földi exoszférával mérhető össze. Eddig hélium és argon, valamint kálium és nátrium jelenlétét sikerült kimutatni benne. Ezeket az anyagokat részben a bolygóközi térből fogja be, részben pedig a mikrometeorit-bombázás hatására szabadulnak fel felszínéről. A légkör alakja leginkább egy üstököscsóvára hasonlít: a Nap felőli oldalon kétszeres, az ellentétes oldalon pedig nagyjából tízszeres holdátmérőig terjed ki. Jelentős atmoszféra hiányában nagy a napi hőingás: a nappali oldalon +130 oC-ig emelkedik a hőmérséklet, majd éjszaka -160 oC-ig süllyed. Mivel a talaj rossz hővezető, a hőingás csak a legfelső fél méteres rétegre van hatással, ám itt erős aprító tevékenységet fejt ki.
Keringés és forgás
A Hold a Föld–Hold rendszer tömegközéppontja körül kering. A Hold elliptikus pályán kering a Föld körül, így a két égitest közötti távolság is változik. Amikor legközelebb van a Földhöz, 10%-kal van közelebb, mint legtávolabbi pontján. A Hold keringése kötött, azaz ugyanannyi idő alatt fordul meg tengelye körül, mint amennyi egy Föld körüli keringés megtételének ideje. Így mindig ugyanaz az oldala fordul a Föld felé. Ellipszis alakú pályája és pályasíkjának hajlása miatt azonban idővel a felszínének 59%-át megfigyelhetjük.
A Föld körüli keringési ideje 27,32 nap, a fázisváltozás (teliholdtól teliholdig), periódusa pedig 29,53 nap. A főbb holdfázisok: újhold, első negyed, telihold, utolsó negyed. Az, hogy melyik napszakban látszik a Hold, a fázissal is kapcsolatos.
A Hold árnyékban lévő részét is időnként látni lehet („hamuszürke fény„), mivel a Földről ráeső fény kis része onnan visszaverődik. A 22 fokos sugarú holdhaló a légköri jégszemcséken való fénytörés következménye.
A Hold pályasíkja nem esik egybe a Föld egyenlítőjével, hanem kb. 5 fokos szöget zár be a Föld keringési síkjával, az ekliptikával (ezért van ritkán nap- és holdfogyatkozás).
Árapályjelenség
A Hold gravitációs vonzásának hatására a földfelszín Hold felé mutató részei kissé megemelkednek (a tengervíz a leginkább, mivel a folyékony testek könnyebben változtatnak alakot erőhatásra), hullámhegyet alkotnak, az előtte és mögötte 90°-ra fekvő területek pedig kissé lesüllyednek. A hullámhegyet hívjuk dagálynak, a hullámvölgyet apálynak.
Holdfogyatkozás
A holdfogyatkozás csillagászati jelenség, amelynek során a Hold részben vagy egészen a Föld árnyékába kerül. Akkor jön létre, ha a Föld a Nap és a Hold között van, és a Föld árnyéka vagy félárnyéka a Holdra vetődik. Nem parallaktikus jelenség, azaz a Földről és az űrből is mindenhonnan látható, ahonnan a Hold éppen akkor látható.
A legfeltűnőbb égi jelenségek közé tartozik, hiszen szabad szemmel is jól látható az égbolton. Korábban a történelemben baljós jelként tartották számon, egyes népeknél egyenesen rettegtek tőle. Az ókorban a csillagász papok tartották számon a Hold fény-árnyék változásait.
A teljes holdfogyatkozás során a Hold teljesen a Föld árnyékába kerül. Ilyenkor azonban mégsem sötétedik el teljesen a holdkorong, hanem fénye narancsvörösre változik amiatt, hogy a földi légkörön szóródó fény halvány derengést teremt a teljes sötétség helyett.
Részleges holdfogyatkozásról beszélünk, ha a Hold csak részben lép be a Föld árnyékának belső részébe, az umbrába (lásd jobboldalt a képen). Ilyenkor a Föld szürke árnyékot vet a Hold felszínének egy részére.
Napfogyatkozás
A napfogyatkozás csillagászati jelenség, amelynek során a Hold a megfigyelő számára részben vagy egészen eltakarja a Napot.
Napfogyatkozás akkor jön létre, amikor a Hold pontosan a Föld és a Nap közé kerül, azaz újholdkor. De nem minden újholdkor, hanem csak akkor, ha a Föld körüli pálya leszálló, vagy felszálló csomópontjában van éppen újholdkor a Hold. (A holdpálya nagyjából 5°-os szöget zár be az ekliptikával, azaz a Hold hol kissé a Földet a Nappal összekötő képzeletbeli vonal felett, hol pedig alatta van. Amikor a vonal közelébe kerül – ezek a fel- ill. leszálló csomópontok –, akkor figyelhető meg a napfogyatkozás.) A Hold átmérője 400-szor kisebb a Napénál, ám 400-szor közelebb is van, ez okozza, hogy a Nap és a Hold látszólagos átmérője közel azonos, így amikor megfelelő helyzetbe kerülnek az égitestek, akkor a Hold teljesen képes eltakarni a Napot.
A Hold látszólagos mérete néha nagyobb, mint a Nap látszólagos mérete, máskor kisebb. Ezt az okozza, hogy a bolygók és a holdak elliptikus pályán keringenek. Emiatt a Föld–Hold-távolság is és a Nap–Föld-távolság is periodikusan változik. Természetesen ez a méretváltozás szabad szemmel észlelhetetlen, viszont ez és a Föld–Hold/Nap–Föld ekliptika különbsége különböző típusú napfogyatkozásokhoz vezet.
Teljes napfogyatkozás
Teljes napfogyatkozás esetén a Hold teljes árnyéka a Földre vetül, és a Hold látszólagos mérete nagyobb, mint a Nap látszólagos mérete. A napfogyatkozás elején és végén, valamint a totalitás földrajzi határán kívül részleges napfogyatkozás figyelhető meg. Ez a fajta napfogyatkozás csillagászati szempontból azért jelentős, mert megfigyelhető a nap koronája, amelyet egyébként a nap fénye elnyom.
Részleges napfogyatkozás
Amikor a Hold teljes árnyéka egyáltalán nem vetül a Földre, csak az úgynevezett félárnyék érinti azt, részleges napfogyatkozásról beszélünk. A Földnek egyetlen pontján sem látható ilyenkor a Hold úgy, hogy teljesen eltakarja a Napot. A részleges napfogyatkozások csak nagy takarás esetén vehetők észre szabad szemmel.
A többi napfogyatkozás esetében a hold teljes árnyéka a Föld felszínére vetül. Bár ilyenkor a Föld bizonyos részein a Hold teljesen Nap elé kerül, a legtöbb helyről mégis csak részleges napfogyatkozás figyelhető meg.
Gyűrűs napfogyatkozás
Ha a Nap látszólagos mérete nagyobb, mint a Hold látszólagos mérete, a Hold teljes árnyékának egyetlen pontja sem tud a Földre vetülni, még akkor sem, ha a Nap amúgy teljes takarásban lenne. Ilyenkor még a Napfogyatkozás közepén is látszik a Nap széle. Hasonlóan a részleges napfogyatkozáshoz a napkorona nem látható.
Egy gyűrűs napfogyatkozás akár 12 percig is tarthat, szemben az elméletileg lehetséges leghosszabb 7 perc 32 másodperces teljes napfogyatkozással.