月球曾受到过轻微挤压，就像有人曾经用拇指和食指卡住它的两极然后向中间挤压，因此使它的赤道中央部分变得平整。这并不令人惊讶，因为月球在旋转，由此而产生的地心引力在无数年以前，使月球表面熔铸岩浆冷却而形成坚硬岩石，这样在月球中部就生成了一个凸出地带。
但是远在1799年，数学家皮埃尔-西蒙 · 拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）就发现月球由于自身变形而产生的来回摆动。尽管扁平程度是轻微的，但是它的周长为2159英里，比它的两极高度长2. 5英里，它的周长仍然大于按照其目前的自转周期（27天7小时43分钟11. 5秒）计算出来的数值。
麻省理工学院(MIT)的行星科学和地球物理学教授玛丽亚 · 朱伯（Maria T. Zuber）说“难解之谜一直是月球太扁平了。”
20世纪六、七十年代的太空探测发现了月球的第二个变形，球体在月球、地球轴心线方向被稍微拉长了。也就是说，如果月球沿着赤道被隔开，其横截面将不是一个圆圈，而更像一个橄榄球，狭窄的一端指向地球。
但是关于月球的目前形状，没有一位科学家能提出一个令人信服的解释。这只是它的一个难解之谜。另一个未解之谜是：为什么它距离地球近的一端与距地球远的一端在材料构成和地形外貌上有如此巨大的差别。尽管许多科学家都认为，月球是45亿年前被火星般大小的球体与地球撞击产生的残骸形成的，但是地球的起源仍然不能确定。
在不久前出版的一期《科学》杂志上，朱伯、杰克 · 威兹德姆（Jack Wisdom）和伊恩 · 加里克 · 贝斯尔（Ian Garrick-Bethell）声明：关于月球形状，他们可能找到了一种答案，实际上他们说有几种答案。
月球正在远离地球，并且正在减慢速度，这是拉普拉斯没有意识到的。在过去的几年里，从“阿波罗”宇宙飞船放置在月球表面的镜子反射回的激光束表明，每过一年，月球就远离地球1. 5英寸。用天文学家的话来说，月球绕轨道运行和地球运行的谐振是1：1的关系，它沿轨道运行周期与自转时间相等，因此，始终是月球的同一面对着地球。
因此在过去，月球距离地球更近，沿轨道运行耗时较短。在谐振是1：1的情况下，月球旋转得也很快，这就可能产生了凸起部分。但是这些计算结果并没有推断出观测到的发生在月球、地球轴芯线上的变形的正确答案。朱伯说“它们应该是一致的。”
一种提议认为：月球是由于偶然机会冷却成这种奇怪的外形，其他像地球这样的行星也不完全是预期的那种形状。然而，MIT的科学家们认为：观察到的变形比预期的变形程度大。因此，他们认为在月球的最早期历史阶段，其运行的轨道是椭圆形而不是圆形的，并且谐振是3：2，它每绕轨道圆形两圈自转3圈。
科学家们说，以这种谐振运转至多进行了几亿年，后来，潮汐力减慢了其自转速度，月球降低到目前的1：1运转谐振。他们的计算结果表明，这样的运行轨道为月球形状的产生带来了必要力量。朱伯这样说道：“这是一个我们200年都没有解决的问题，但是我们找到了这个问题的第一个原因。”
在《科学》杂志的一篇后续评论中，多伦多约克大学的天文学教授金默 · 英纳恩（Kimmo Innanen）认为，上述“这些见解具有较高创造性”；而加州理工学院行星物理学荣誉退休教授彼得 · 戈德里思（Peter M. Goldreich）说，MIT的研究组没有解释3：2的谐振比是怎样被观测到的。他补充说“这是他们研究中存在的缺陷”。
虽然椭圆形的运转轨道和3：2的谐振比可能是造成月球目前形状的原因，但是它们并不能解释月球两侧的差异。因为距离地球近的一端月球表面外壳较薄，由黑色的玄武岩平原构成，这种被称作“玛丽亚”的地形是很久前喷发的岩浆形成的；而距离地球远的一端的月球表面外壳较厚，有很多弹坑状地形构成，“玛丽亚”地形较少。
而且月球的质心实际上没有在中心，而是偏离了一英里多，造成这种结果的部分原因可能是因为月球表面密集的玄武岩。但是这个偏离是如何产生的仍然不得而知。对此，英纳恩认为“这将是一个很好的研究课题”。
对月球早期历史的认识有助于我们了解月球的一些未解之谜。主流理论认为，月球产生于火星大小的球体撞击地球之后，受这种理论的影响，科学家们认为，月球最初沿轨道运行时距离地球很近，可能仅有1. 6万英里，然后逐渐向外移动，今天距离地球约有23. 8万英里。
在过去，科学家们曾经提议，月球是被重力以某种不明方式捕获的，或者月球产生于地球自转时抛弃的物质。由于收集到的数据少得可怜，所以这些未解之谜仍然没有被破解。
自“阿波罗”宇宙飞船登月后的30年里，美国航空航天局（NASA）真正意义上的针对月球探测的活动是在1998年和1999年，即由“月球探测号”探测器绕月执行探测任务。为配合美国重返月球的计划，NASA已将探月任务列入时间表，其中包括计划于2008年发射的月球勘测人造卫星。同时，印度、日本和中国也正在筹划机器人勘测月球的计划。
科学家认为，上述月球探测计划可能带来月球科学研究的复兴。