Ci, którzy obserwują Księżyc z Ziemi, mogą zauważyć, że satelita, przechodząc przez swoją orbitę, zawsze zwraca się do swojej planety po tej samej stronie. Powstaje logiczne pytanie: czy księżyc obraca się, czy też jest nieruchomy wokół swojej osi? Pomimo tego, że nasze oczy mówią „nie”, naukowcy mówią odwrotnie - księżyc się obraca.
Okres obiegu Księżyca wokół Ziemi wynosi 27,322 dni. Wykonanie jednego obrotu wokół własnej osi zajmuje satelicie około 27 dni. Dlatego obserwatorzy z Ziemi stwarzają iluzję, że Księżyc pozostaje absolutnie nieruchomy. Naukowcy nazywają tę sytuację rotacją synchroniczną.
Warto jednak zwrócić uwagę na fakt, że orbita Księżyca nie pokrywa się całkowicie z jego osią obrotu. Księżyc porusza się po Ziemi po eliptycznej orbicie, lekko wydłużonym kole. Kiedy Księżyc zbliża się do Ziemi tak daleko, jak to możliwe, obraca się wolniej, co pozwala nam zobaczyć zwykle ukryte 8 stopni po wschodniej stronie satelity. Kiedy Księżyc znajduje się w maksymalnej odległości, obrót jest szybszy, więc po zachodniej stronie widać dodatkowe 8 stopni.
Należy zauważyć, że odległa strona księżyca wizualnie bardzo różni się od tego, jak przyzwyczailiśmy się patrzeć na nią z Ziemi. Jeśli bliższa strona księżyca składa się głównie z mórz księżycowych - dużych ciemnych równin utworzonych przez zestaloną lawę - i niskich księżycowych wzgórz, to tył księżyca jest dosłownie usiany kraterami.
Tymczasem naukowcy twierdzą, że okres rotacji Księżyca nie zawsze był równy okresowi jego orbity. W ten sam sposób, w jaki grawitacja Księżyca wpływa na pływy oceaniczne na Ziemi, grawitacja Ziemi wpływa również na Księżyc. Ale ponieważ na naturalnym satelicie planety nie ma oceanu, Ziemia działa bezpośrednio na powierzchnię Księżyca, tworząc na nim wypukłości pływowe wzdłuż linii skierowanej w kierunku Ziemi. Tarcie pływowe stopniowo spowalnia rotację księżyca.
Sam satelita ma taki sam wpływ na Ziemię, więc co 100 lat długość dnia wydłuża się o kilka milisekund. Tak więc podczas dinozaurów Ziemia wykonała jeden obrót wokół własnej osi w ciągu 23 godzin. Obecnie 24 godziny (lub 86 400 standardowych sekund) na jeden obrót wokół własnej osi zajęło Ziemi w 1820 roku. Od tego czasu słoneczny dzień na planecie wydłużył się o około 2,5 milisekundy.
