В первом приближении, можно считать, что Луна двигается по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549 и большой полуосью 384 399 км. Однако реальное движение Луны довольно сложно, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как медленно раскручивающуюся спираль, вследствии чего Луна ежегодно отдаляется от Земли на расстояние в 4см.
Период обращения Луны вокруг Земли относительно звёзд равен 27,32166 суток, это так называемый сидерический месяц.
Так как Луна не светится сама, а лишь отражает солнечный свет, с Земли видна только освещённая Солнцем часть лунной поверхности. Луна обращается по орбите вокруг Земли и тем самым угол между Землёй, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл лунных фаз. Период времени между последовательными новыми лунами составляет 29,5 дней (709 часов) и называется синодический месяц. То что длительность синодического месяца больше, чем сидерического объясняется движением Земли вокруг Солнца: когда Луна относительно звёзд совершает оборот вокруг Земли, Земля к этому времени проходит уже 1/13 часть своей орбиты и чтобы Луна снова оказалась между Землёй и Солнцем ей нужно дополнительно около 2 суток.
Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть вращение Луны вокруг Земли и вокруг собственной оси синхронизировано. Эта синхронизация вызвана трением приливов которые производила Земля в оболочке Луны. Согласно законам механики, Луна ориентирована в поле тяготения Земли так, что на Землю направлена большая полуось лунного эллипсоида.
