科学家们通过月震波的传播来了解月球的内部构造，根据月震的探测数据发现，月球内部也具有层圈结构，从月表到中心，月球依次可分为月壳、月幔和月核三层圈。月壳可分为由斜长岩组成的高地月壳和由玄武岩组成的月海月壳。不同区域的月壳厚度不同，正面月壳厚度平均约为50千米，背面月壳厚度平均约为74千米。月幔是月球的主要组成单元，根据天然月震和陨星撞击事件的记录，月幔的范围至少可以延伸至1000千米的深度，穿过此深度后，月震波速很快衰减，表明其内部物质不均一，可能有熔融层。月幔分为上月幔、下月幔和衰减带。上月幔主要由辉石组成，橄榄石为次发矿物；下月幔矿物组成与之相同，但橄榄石比辉石多。在约1000千米的深度，岩石发生部分熔融，是深层月震的发源地。月幔温度约为500摄氏度。

从月球表面约1000千米以下的月球中心区域称为月核，它厚约700千米，温度可达1600摄氏度。月震数据表明，月球不可能像地球一样有一个高密度的铁镍金属核，而可能是由热的、具有一定可塑性的、部分熔融的硅酸和铁、镍、硫所组成的层圈，相当于地球的软流圈。