古代的天文学家在进行月球观测时，发现了这样一种现象：月球在围绕地球公转过程中，朝向地球的月面边缘部位呈现出周期性的像天平那样摇摆的运动。他们经过研究得出结论，这种现象主要由于月球轨道的偏心率，以及月球自转轴和月球绕地球转动的轨道面（白道面）的法线的交角而形成的。

于是在天文学中又增添了一个新名词-天平动。由于天平动现象，人们能观测到的月球表面不止一半，而是整个月面的约59％，即包括了月球背面的一小部分。月球天平动可以分为光学天平动和物理天平动两种。光学天平动又称视天平动，它是由于观测者位置改变造成的，不是月球本身真正的摆动。光学天平动可分为经度天平动、纬度天平动、周日天平动三种。

经度天平动是月球绕着地球公转的轨道有少许的离心率造成的结果。当月球由近地点向远地点移动时公转速度逐渐减慢，由远地点向近地点移动时公转速度逐渐加快，但月球的自转速度始终不变，所以月球在轨道上的位置相对于其自转速度有时超前、有时落后。因此，月球东西边缘外侧分别会有7度45分的地方被地球上的观测者看到。在月球赤道上每1度相当于30千米，所以经度天平动可以使人们分别在东西两侧多观察到约235千米的月面。

纬度天平动是由月球自转轴的法线对月球绕地球公转的轨道平面有少许的倾斜造成的。在月球公转过程中，月球自转轴的北端和南端轮流朝向地球，因此人们有时能直接看到月球北极之外的一小部分，有时又能看到月球南极之外的一小部分。月球原来是这样的周日天平动的影响比较小，是地球自转所造成的，它使地球上的观测者从地月中心连线的西侧转至东侧，因而先看见月球的东侧，然后再看见月球的西侧。

地球的自转将使观测者最多能在赤道的东西侧多看见约30千米的区域。物理天平动不同于前面三种，这是月球真正的摆动。由于月球的三条主惯性轴长度不等，加上椭圆轨道造成的距离改变，在地球引力作用下，发生相对平均位置的偏移。但是物理天平动比几何天平动小得多，所以一般都忽略不予考虑。此外，月球上的“地震”也会影响到月球上正对地球的点。