Плотность Луны равна 3340 кг/м3 — как у земной мантии. Это значит, что наш спутник или не имеет плотного железного ядра, или оно очень маленькое.Более детальные сведения о внутреннем строении Луны получены в результате сейсмических экспериментов. Они начали проводиться с 1969 г., после посадки на Луну американского космического аппарата «Аполлон-11». Приборы последующих четырёх экспедиций «Аполлон-12, -14, -15 и -16» образовали сейсмическую сеть из четырёх станций, которая работала до 1 октября 1977 г. Ею были зарегистрированы сейсмические толчки трёх типов: тепловые (растрескивание наружной кромки Луны из-за резких перепадов температуры при смене дня и ночи); лунотрясения в литосфере с очагом на глубине не более 100 км (обусловленные наличием больших касатель касательных напряжений, так же, как и в случаях внутриплитовых землетрясений); глубокофокусные лунотрясения, очаги которых расположены на глубинах от 700 до 1100 км (источником энергии для них служат лунные приливы).
Полные выделения сейсмической энергии на Луне за год примерно в миллиард раз меньше, чем на Земле. Это не удивительно, так как тектоническая активность на Луне закончилась несколько миллиардов лет назад, а на нашей планете продолжается и по сей день.
Для выявления структуры подповерхностных слоев Луны были проведены активные сейсмические эксперименты: сейсмические волны возбуждались падением отработанных частей космических аппаратов «Аполлон» или искусственными взрывами на поверхности Луны. Как выяснилось, мощность реголитового покрова колеблется в пределах 9—12 м. Под ним располагается слой толщиной от нескольких десятков до сотен метров, вещество которого состоит из выбросов, возникших при образовании больших кратеров. Далее до глубины 1 км идут слои из трещиноватого базальтового материала.
По сейсмическим данным мантию Луны можно разделить на три составляющие: верхнюю, среднюю и нижнюю. Толщина верхней мантии — около 400 км. В ней сейсмические скорости слабо убывают с глубиной. На глубинах примерно 500—1000 км сейсмические скорости в основном остаются постоянными. Нижняя мантия расположена глубже 1100 км, где скорости сейсмических волн растут.
Одной из сенсаций лунных исследований стало открытие мощной коры толщиной 60—100 км. Это указывает на существование в прошлом на Луне так называемого океана магмы, в недрах которого происходило выплавление и образование коры в течение первых 100 млн. лет её эволюции. Можно сделать вывод, что Луна и Земля имели сходное происхождение. Однако тектонический режим Луны отличается от режима тектоники плит, характерного для Земли. Выплавляющаяся базальтовая магма идёт на наращивание лунной коры. Именно поэтому она такая толстая.