月球上的溫度在月球白天和黑夜之間可能會有很大差異。
由于月球沒有明顯的大氣層來阻擋一些太陽光線或在夜間幫助捕獲熱量，因此它的溫度在白天和黑夜之間變化很大。在月球赤道上，其白天的溫度可達到120℃，晚上驟降至-130°C。在月球兩極附近的某些地方，溫度可能會進一步下降至-253°C。
因為月球沒有地球那樣的「大氣層」，這意味著隕石坑和主要的戲劇性地標不會像它們在地球上那樣受到侵蝕。在月球兩極附近因此會留下永久的黑暗區域，那里是月球最寒冷的地方。
根據《地球物理研究》雜志發表的一項研究，月球白天大約是兩個地球周，因為月球需要不到一個月的時間才能完成一天。
月球勘測飛行器的相機捕獲了多張圖像，這些圖像是在北極照明最好的時候拍攝的，陰影區域可能是永久陰影區域
了解任何給定地點的月球溫度都有不同的好處。例如，希望更好地了解月球地形的天文學家可以通過了解一個區域的溫度來收集月球不同區域的巖石數量。據美國宇航局稱，這是因為月球巖石比月球土壤或風化層需要更長的時間來加熱和冷卻，這使得科學家能夠識別特別多巖石的區域。
緯度起著重要作用，因為月球的軸線的方向使得陽光剛好掠過月球兩極。兩極的月球地形由非侵蝕的隕石坑和裂縫組成，這些隕石坑和裂縫會產生永久陰影區域。缺乏陽光使這里的溫度異常寒冷。
另外，地球的核心「地核」是另一個有助于「加熱」地球的元素。灼熱的地核我們星球的最內層，這反過來又加熱了上層（我們站立的地方）。然而，與地球不同，月球的核心不夠溫暖，也就無法溫暖月球的表面。
這帶來了研究人員對月球溫度感興趣的另一個重要原因：通過美國宇航局的阿爾忒彌斯計劃重新激活載人月球任務。
「永久陰影區域的溫度通常低到足以冷獲得固態冰」，根據地球物理研究雜志。研究人員還指出，兩極的溫度足夠低，以至于水在數十億年的時間里保持凍結。即使在這些長時間尺度上，冰也很少經歷升華，或者水在沒有首先融化的情況下從冰變成蒸汽的過程。
