据研究，在45亿年前，月球的表面是一片液体岩浆海洋。科学家认为组成月球的矿物克里普矿物(KREEP)展现了岩浆海洋留下的化学线索。KREEP实际上是科学家称为“不兼容元素”的合成物，那些无法进入晶体结构的物质被留下，并浮到岩浆的表面。研究月球时，KREEP是个很方便且重要的线索，从中可以看出月壳的火山运动历史，同时也可以推测出彗星或其他天体撞击的频率和时间。
月壳由许多元素组成的，其中的主要元素有：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝及氢。当受到宇宙射线轰击时，每种元素会发射特定的伽玛辐射。有些元素，例如：铀、钍和钾，本身已具放射性，因此能自行发射伽马射线。但无论成因为何，每种元素发出的伽马射线均不相同，每种均有独特的谱线特征，而且可用光谱仪测量。迄今为止，人类对月球元素的丰度还是没有作出面性的测量，而只限于月面一部分。
从多次对月球的勘探来看，月球蕴藏着极为丰富的矿藏。据介绍，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩；第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三种主要是由0.1～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中的元素含量是极为丰富的，不仅含有地球上的全部元素和大约60种的矿物，其中还有6种矿物是地球上所没有的。
月球上还有着具为丰富的矿产资源，对于地球上常见的17种元素，月球上分布的到处都有。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行；此外，如今的科学家还研究出了利用月球的土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。
月球土壤是一种宝贵的资源，它含有大量的氦3，通过利用氘和氦3可进行氦聚变，以些作为核电站的能源。这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变，不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。据悉，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从目前的分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。获取氦3也成了许多航天大国对月球进行开发的重要目标之一。
月球上还分布着22个主要的月海，除了东海、莫斯科海和智海这三个月海位于月球的背面外，即背向地球的一面，其他的月海都分布在月球的正面。在这些月海中存在着大量的月海玄武岩，22个海中所填充的玄武岩体积约1010千米，而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。若假设月海玄武岩中钛铁矿含量为8%，则月海玄武岩中钛铁矿的总资源量约为1.3°015～1.9°015。尽管这种估算有着很大的不确定性和推测性，但有一点却可以肯定，就是月海的玄武岩中含有着极其丰富的钛铁矿，而钛铁矿则是未来月球开发利用的最重要的矿产资源之一。
克里普岩富含钾、稀土元素和磷，是月球高地三大岩石类型之一。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风爆洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖，克里普岩混合并形成高灶和铀物质，其厚度估计有10～20千米。风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225亿至450亿吨。此外，它还蕴藏着极为丰富的钍、轴，而这也是未来开发利用的重要矿产资源之一。而月球还分布着大量的金属矿产资源，如铬、钠、镁、铜等。