月球的天文演化同地月系统的天文演化有重要关系。地月系统的天文演化，同这一行星——卫星系统的形成有关。在地月系统的形成中，很重要的一个问题是月球的形成问题。目前人们普遍认为，太阳系中行星——卫星系统的形成机制，基本上与太阳——行星系统的形成机制相同；或者，至少在主要方面大体上相一致。已有关于月球起源的学说，可以分为三大类：1.地球分裂说，2.地球俘获说，3.共同形成说。　1.地球分裂说认为，在太阳系形成的初期，地球和月球原是一个整体，那时地球还处于熔融状态，自转快。由于太阳对地球强大潮汐力作用，在地球赤道面附近形成一串细长的膨胀体，终于分裂而形成月球。在19世纪末，乔治×达尔文(Geoge Dorwin)在研究了地月系统的潮汐演化后认为，月球是从地球分离出去而形成的，并提出太平洋盆地就是月球脱离地球时所造成的一个巨大遗迹。在此期间，支持分裂说的人已经知道太平洋地区地壳缺失硅铝层，由于形成月球的物质分离出去，使得该地区地壳的硅镁层暴露出来。所以他们推测月球从地球上分离出去的具体位置是在太平洋地区。

2.地球俘获说认为，月球可能是在地球轨道附近运行的一颗绕太阳运行的小行星，后来被地球所俘获而成为地球的卫星。支持俘获说的人认为，由于月球的平均密度只有每立方厘米为3.34克，与陨星、小行星的平均密度十分接近。因此，很有可能月球原是一颗小行星，在围绕太阳运行中，由于接近地球，地球的引力使它脱离原来的轨道而被地球所俘获。他们认为，月球的运动轨道显著地偏离地球赤道面，而比较接近各行星绕太阳运行的公转平面，因此，月球是给地球俘获的可能性较大。有人认为这个俘获事件发生在35亿年前，整个俘获过程经历5亿年。月球在被地球俘获后，由于受到地球的潮汐力作用，喷发出大量岩浆，形成了月海玄武岩。

3.共同形成说的研究者则认为地球和月球是由同一块原始行星尘埃云所引成。它们的平均密度和化学成分不同，是由于原始星云中的金属粒子在形成行星之前早已凝聚。在形成地球时，一开始以铁为主要成分，并以铁作为核心。而月球则是在地球形成后，由残余在地球周围的非金属物质凝聚而成。

现代的许多研究表明月球的形成比较大的可能性是倾向于共同形成说。从地月系统来看，地球是中心天体，月球是地球的卫星。因此，地球的演化历史决不会短于月球的演化史；此外，月球表面没有大量的硅铝质岩石，否定了地壳物质分出一部分形成月球，而同时在地球上形成大洋盆地的学说。根据对阿波罗11号带回的月球岩石样品的元素分析，以及对岩石样品中的铀——钍——钴系同位素的分析结果比较有利于地球和月球作为一个行星——卫星系统的共同形成说。月球玄武岩中化学元素的丰度同地球玄武岩中元素的丰度的对比研究表明，月球玄武岩的元素丰度更接近于地球的丰度，而不是接近于宇宙的丰度。同时，月球样品中氧的同位素组成与地球上氧同位素的组成没有什么区别。由此得出结论，月球与地球是在太阳系的同一区域内形成的，这就排除了月球是在距地球相当远的地方形成的可能性，这对"俘获说"是个否定。因此，现代的许多研究已经有越来越多的证据说明共同形成说有比较大的可能性。从一般性的讨论也可看出，月球由围绕原始地球的星子及其它物质颗粒和气体吸积而形成的模式，要比地球俘获月球和地球分出物质形成月球的模式更为合理些。

月球表面上古老的高地的构造特征，证明月球在40～46亿年间曾遭受了强烈的陨击作用；当然对地球来说也可能如此。此外，我们不能排除，在46亿年以前的演化时期，地月系统曾遭受到强烈陨击作用的可能性。因此，在整个天文演化时期内，地月系统所可能发生的巨大陨击体的撞击与俘获，对地月系的运动状态和本身结构状态会造成的重大影响。