月球表面基本上没有大气，表面气压仅为10至14大气压量级。

对月球的实测表明，月球表面大气层太稀薄，而且大气成份比较复杂，随时空多变。在黑夜时的大气主要由40%的氩、40%的氖和20%的氦组成，到日出时还会加入极少量的甲烷和氨等，有些地区的大气中还会发现极微量的氢、氡、钠、钋和钾原子等。

月球土壤中含有大量的气体状的“氦-3”，这是一种比目前地球上核电站所用的氘原料的放射性要低得多的核材料。“氦-3”原本大量存在于太阳喷射出来的高能粒子流即太阳风中。在几乎没有大气的月球上，太阳风直接降落下来，久而久之，在月面的沙粒、岩石中，就大约集聚有了多于100万吨的“氦-3”。