月球没有大气层。由于月球质量小，产生不了足够的引力，不能将气体分子大量吸附在月球的表面，所以月球上并没有大气层，在很多情况下，月球都被认为是被真空环绕着，与围绕在地球和太阳系内其他的行星的大气层相比，月球的大气层是可以忽略不计的。月球表面的大气层远低于地球海平面大气层密度的百兆分之一。
月球大气其中一个来源是自地壳和地函中的氡和氦的放射性衰变所释放出的气体，另一个重要来源是撞击到月球表面的微陨石、太阳风和阳光，进行已知的溅射过程。溅射释放出的气体不是被月球的重力吸引重新回到风化层，就是因为辐射压而失落置太空中，或如果气体是被电离的，就会被太阳风的磁场扫掠进太空。
白天，在阳光垂直照射的地方，温度高达110～140度C；夜晚没有光照，温度则低至零下130～180度C。昼夜交替之中，这里是烈火与寒冰般的炼狱。巨大的温差与直接照射的太阳辐射和宇宙射线，使这个天体的表面无法像地球一样产生生命。
事实上，月球经常被认为是没有大气层的，被认为是真空环绕着。月球没有像地球大气那样的保护层，月面直接受到流星体的猛烈冲击，因此在一定程序上会影响到月岩的化学成分、岩屑大小、玻璃含量以及再结晶的程序。月球早期广泛发生火山爆发，喷出大量熔浆，从而形成月面熔岩平台。
