A távcső feltalálását követően elsőként maga Galilei vette szemügyre a Hold felszínét. Hegyeket és krátereket figyelt meg rajta, s megbecsülte magasságukat is, méghozzá elég pontosan. A távcsöves csillagászat fejlődésével egyre több részlet vált kivehetővé, így már 1647-ben elkészült az első teljes Hold-térkép. Az 1960-as évek végére olyan pontos térképek születtek, amelyeket földi megfigyelésekkel már nem lehetett túlszárnyalni.
a) A Hold felszíne
A Hold f A Hold teljes korongja elszínén már szabad szemmel is világos és sötét területek különíthetők el. A sötét részeket régen hullámzó tengereknek gondolták, de hamarosan rájöttek, hogy a Holdon egy csepp víz sem lehet. A világos területeket Terra-vidékeknek vagy más néven Hold-fennsíkoknak nevezzük. Hegyek és kráterek borítják őket. A sötét területek a Mare-vidékek vagy Hold-tengerek. Jóval kevesebb és kisebb kráter jellemző rájuk. Mivel éles határaik jó rajzolatot adnak, a régi időkben mindenféle alakoknak képzelték őket. Így került a Hold felszínére a rőzsehordó paraszt, a furulyázó juhász, a bokorból kiugró nyúl stb. A tengerek tudományos elnevezése latin fantázianevek alapján született meg. Néhány példa magyarra fordítva: Viharok óceánja, Esők tengere, Nyugalom tengere, Veszélyek tengere, Hidegség tengere, Szivárvány öble, Halál tava, Rothadás mocsara stb. A Hold felszínének 85 %-át borító fennsíkok magasabban fekvő, idősebb képződmények. A Hold sötét, Földről nem látható oldalát csaknem kizárólag ezek foglalják el. A Hold-tengerek medencéi hatalmas meteoritbombázás következtében jöttek létre. A körülbelül négy milliárd éve lejátszódó becsapódások átszakították a Hold kérgét, s a repedéseken keresztül később olvadt anyag tört fel a mélyből, kitöltve az irtózatos sebhelyeket. A Hold-tengerek tehát nem igazi tengerek, hanem sötét bazaltlávával borított sima, alacsonyan fekvő területek. A medencék peremén a becsapódás energiája hegységgyűrűkké torlaszolta a Hold anyagát. Ezek a holdhegységek földi hegységek neveit kapták, alkalmazkodva ahhoz az ókori elgondoláshoz, hogy a Hold a Föld tükörképe. A legnagyobb holdi hegység az Appenninek; kb. 1000 km hosszú és 6 km magas. A legmagasabb hegyek csúcsai 11 350 méterrel emelkednek a holdfelszín fölé. A Hold felszínének meghatározó elemei a meteoritbecsapódásos kráterek. Méretük a mikroszkopikus nagyságú kráterecskéktől a 250 kilométeres átmérőjű hatalmas alakzatokig terjed (e méret felett már medencéről beszélünk). A húsz kilométeres átmérőnél kisebb kráterek szabályos, tál alakú mélyedések. A nagyobbak már bonyolultabb formát mutatnak: középpontjukban általában hegycsúcs emelkedik, peremükön pedig teraszos kiképzésű hatalmas sáncok húzódnak. A nagyobb és idősebb kráterek zöme a fennsíkokon van. Egyes kráterekből (pl. Kopernikusz, Tycho, Kepler) világos, sugárirányú vonalak indulnak ki (sugaras kráterek). Eredetük még vitatott; világos színű, finoman rétegzett anyagból állnak és feltehetőleg a Hold fejlődésének legutolsó szakaszából származnak.
A krátereket tudósokról és filozófusokról nevezték el, pl. Arisztotelész, Eratoszthenész, Kopernikusz, Tycho, Kepler, Newton stb. A Holdon nyolc "magyar kráter" is található, pl. a Hell Miksa, Bolyai János, Eötvös Loránd, Neumann János nevét viselők.
b) A holdkőzetek
A Hold-expedíciók jóvoltából sok holdkőzet került a Földre. Alapos vizsgálatuk után a következők állapíthatók meg róluk. Koruk 3,1-4,5 milliárd év. (A Földön nem ismerünk 3,8 milliárd évnél idősebb kőzetet.) A fennsíkok kőzetei idősebbek. Gazdagabbak nehezen olvadó alkotórészekben (pl. titán). Vizet egyáltalán nem tartalmaznak. Összetételükben a földi bazaltokhoz hasonlatosak; gyakran üregesek és apró kráterecskék borítják felületüket. A fennsíkokon gyakoriak az ún. breccsák, amelyek bizonyos kőzetek összetöredezésével (pl. meteoritbecsapódás hatására) és újbóli összecementálódásával keletkeztek. Jellemző továbbá egy anortózit nevű kőzet, amely a Földön a legősibb kőzetek egyike és napjainkban bizonyíthatóan már nem képződik. A Hold felszínét szinte teljes egészében finomszemcsés és nagyon tapadós kőzetliszt, az ún. holdpor borítja, amelyek állaga jól látható az űrhajósok lábnyomában.
c) A Hold fejlődése
A holdi kőzetminták és az égitest felszíni formakincse alapján mára kialakult egy elképzelésünk a Hold fejlődéstörténetéről. A mai elmélet szerint égi kísérőnk kb. 4,6 milliárd évvel ezelőtt alakult ki, hasonlóan a Naprendszer többi tagjához. A mai legelfogadottabb modell szerint egy Mars méretű égitest csapódott a Földbe, s a kiszakadó anyagból formálódott meg égi kísérőnk. A 4,5-3,9 milliárd évvel ezelőtti időszakban nagyarányú meteoritbombázást szenvedett el. Ez lehetett a bolygóképződés utolsó nagy mozzanata, amelynek során befogódtak a még szabad bolygóalkotó anyagdarabok. A becsapódások nyomai a Holdon jól megőrződtek, számtalan kráter formájában. A Földön mindössze száz nagyobb meteoritkráter azonosítható biztonsággal, mivel a külső erők (szél, víz, jég stb.) zömüket már letarolták, illetve üledékkel temették be. A Hold felszínén ez a folyamat nem működik, mivel ninchols légköre és vízborítása. 3,9-3,2 milliárd évvel ezelőtt heves tűzhányó tevékenység zajlott a Holdon, melynek során a nagyobb mélyedéseket gyorsan folyó bazaltláva borította el. Megszilárdulása után sötét, sima felszínek maradtak vissza: megszülettek a Hold tengerei.
Ezt követően jelentősebb felszínalakulások már nem mentek végbe. 3-1 milliárd évvel ezelőtt keletkezett a kisebb kráterek zöme, bár jóval fiatalabbakat is ismerünk (pl. a mindössze 96 millió éves Tycho-kráter). A Hold halott, változatlan világ. Szórványos gázkitörések, sűrű holdrengések és persze újabb meteoritok becsapódása alakítgatják arculatát.
d) Néhány fontos adat
A Hold közepes földtávolsága 384 392 km vagy 4/3 fénymásodperc. Távolságában 10%-os ingadozás van, s ez látszólagos átmérőjében is megmutatkozik: földközelben nagyobbnak tűnik. Kötött keringésű égitest, vagyis tengelyforgási ideje megegyezik Föld körüli keringésének idejével. Ezért mindig ugyanazt az arcát fordítja felénk; a Hold túlsó oldalát, a "sötét oldalt" a Földről sohasem láthatjuk. A sötét oldalt először szovjet űrszondák pillantották meg. A Hold felszínét a Nap fénye világítja meg. A Hold Gömbjének mindig a fele van megvilágítva, fele pedig sötét. Föld körüli keringése miatt a megvilágított felületből mindig különböző nagyságú részek látszódnak. Ezeket nevezzük holdfázisoknak. A Hold 27,3 nap alatt kerülné meg a Földet, ha a Föld mozdulatlan volna, vagyis ennyi időbe telik, amíg megtesz egy 360o-os kört (pontosabban ellipszist). (Ez az időtartam a sziderikus keringési idő.) Két újhold között 29,5 nap telik el. Ezt az időtartamot holdhónapnak nevezzük (szinodikus keringési idő). A 27,3 napos keringési i dőtől való eltérés oka az, hogy a Föld is kering a Nap körül, s új helyzetbe kerül. Így aztán a Holdnak egy kis plusz mozgás szükséges ahhoz, hogy a Földről nézve ugyanolyan formában jelenjen meg. A Hold Föld körüli keringése miatt következnek be a nap- és holdfogyatkozások. A Holdnak nincsen légköre, így a nappali és éjszakai félteke között nagy hőmérsékletkülönbségek adódnak (+118 Celsius-fok illetve –153 Celsius-fok).
e) Az emberiség hatalmas ugrása
1961-ben J. F. Kennedy amerikai elnök hirdette meg az Apollo-programot. Az emberiség egyik legnagyobb vállalkozásának hátterében sajnos nem tisztán tudományos indokok húzódtak. A szovjetek ekkorra már jelentős előnyre tettek szert az űrkutatásban, így az Egyesült Államokat politikai érdekek is befolyásolták. Számos előkészítő holdszonda és űrhajó útja után 1969. július 20-án az Apollo-11 leszállóegysége lassan leereszkedett a Nyugalom tengerére. Embermilliók lesték lélegzetvisszafojtva a pillanatot, amikor Neil Armstrong űrhajós a Hold felszínére lépett. Az Apollo-11 után még hat Apollo-repülés következett. Az Apollo-17 1971-es útja után hosszú, máig tartó szünet következett a Hold közvetlen kutatásában.