月球和地球組成了一个机械系统，称为地月系。月球和地球都绕着地月系的质心公转，周期为一个恒星月。月球在公转的同时，还在自转，而且自转周期与公转周期（恒星月）相同。正因为如此，月球总是以同一面朝向地球；在地球上，人们永远看不到月球的另一面。
月球的公转和自转恰好同步的现象，称为 “潮汐锁定”。这种锁定在相互绕转的天体中很常见。在木星的卫星中，已知有 8 颗是潮汐锁定的。在土星的卫星中，已知有 15 颗被潮汐锁定。冥王星和冥卫一大小相近，也是相互潮汐锁定的。
当两个天体，比如地球和月球，相互绕转时，它们之间的引力会把行星从 “球形” 拉成 “椭球” 形。这样变形了的天体如果相对于质心的连线有转动的话，引力就会对它施加一个扭矩。这个扭矩会倾向于把它稳定到相对质心连线不再转动的状态。这种状态就是潮汐锁定。两个天体中较小的一个，比如月球，会较快达到锁定状态。而较大的那个，比如地球，到达这种锁定状态会很慢。但在月球的潮汐作用下，地球的自转依然在不断变慢。如果时间足够长，也是可以达到锁定的。真要如此，地球上的 “一天” 就有可能相当于 “一个月” 了。