月球背面是月球永远背对地球的那一面。月球背面的第一张影像由前苏联的月球3号太空船在1959年拍摄，而人类直到1968年的阿波罗8号任务环绕月球时，才直接用眼睛看见月球背面。月球背面的地形主要为一大堆起伏不平的撞击坑，如太阳系第二大的撞击坑，南极的南极-艾特肯盆地，而平坦的月海则相对较少。在月球背面，来自地球的电波干扰会被遮蔽，因而有学者建议在月球背面安置一架大功率电波望远镜。
在地-月系统长期的演化过程中，地球和月球之间的潮汐力使月球的自转逐渐减缓，最终导致月球被地球潮汐锁定，此后月球总是以同一面朝向着地球。从地球上始终不能完全看见月球的另一面（背面仅有18%可因天秤动和视差而被观测），因此被称为月球背面。月球背面和月球暗面是不同的概念，后者是指在某一个时间点上阳光照不到的月球半球，这两者只有在满月时是相同的，但是，一般世俗所谓的“黑暗的月球”通常是指月球背面。不考虑地球对月球的遮挡时，月球正面和背面接收到的太阳光量几乎是相等的，考虑日食等因素时，月球背面直接获得的阳光比月球正面还要多一些。但是，因为地球也会将阳光反射至月球，因此月球正面的总亮度会比背面略高。
两个半球的特征有着显著的不同，正面有许多巨大的月海（这是早期的天文学家在认知上的错误，以为这些平原有水，才称之为海）；另一边受到撞击，有着密集的陨石坑，只有少量，大约2.5%的面积被海覆盖着，相较之下，正面的海覆盖的面积高达31.2%。这种差异最有可能的解释是热量的生成集中在正面的半球上，如已被证实的来自月球勘探者的γ射线光谱地质化学图。而其他的因素，如表面的隆起和地壳的厚度，也会影响到其中的玄武岩爆发，但是这些都不能解释为何南极-艾托肯盆地（有着月球上最低高度的和薄的地壳）没有像正面的风暴洋一样剧烈的火山活动。
直到1950年代晚期，我们对月球背面认识依然很少。月球的天秤动让我们得以惊鸿一瞥的看到很有限的月球背面的边缘地带。但是这些地形都以低角度出现，阻碍了有效的观测（这样的观测很难确认一个环型山的范围）。背面仍有82%的表面是在未知的状况下，并且其特性完全未被探测过。
经由天秤动可以看见月球背面特征的一个例子是东方海，这是一个突出的撞击盆地，几乎跨越1,000千米（600英里），但直至1906年这个地形才被德国天文学家尤利乌斯·海因里希·弗朗茨给予命名。这个盆地的本质直到1960年代将整体的形状投影到一个球体上时才被发现。它是在1967年才被月球轨道器4号拍摄到完整的细节。
在1959年10月7日，前苏联的太空船月球3号传回月球背面的第一张照片，东方海是解析出的18个地形特征之一，涵盖到三分之一从地球看不到的部分。影像经过分析之后，苏联科学院在1960年11月6日出版了第一份的月球背面地图，它包含了500个可分辨的景观特征目录。一年之后，前苏联以月球3号为基础，制做了第一个月球仪（比例为1:13 600 000），包含了从地球上无法看见的月球背面特征。在1965年7月20日，另一艘前苏联太空船探测器3号传送回25张画质非常好的月球背面照片，有比月球3号高了许多的分辨率。特别是，它们显示有着长数百公里的链状陨石坑。在1967年，在莫斯科出版了第二部分的月球背面地图。以探测器3号的资料为基础，目录中包含了4,000个新发现的月球背面地形。在同一年，由苏联发布了第一份完整的月面图（比例为1:5,000,000）和修订的完整的月球仪（比例为1:10,000,000），呈现了95%的月球表面 。
前苏联的太空船在月球背面地形的发现上做出了许多杰出的贡献，因此苏联的科学家得以挑选这些地形的名称。这引起了一些争议，国际天文联合会保留了大部分的名称不变，而且稍后并依此建立起月球背面的命名规则。
人类首度亲眼看见月球背面是在1968年的阿波罗8号任务，太空人威廉·安德斯的描述如下：
从此之后，从阿波罗8号和阿波罗10号一直到阿波罗17号的所有太空人都曾看过月球的背面，并且有许多月球太空船拍回照片。太空船在飞进月球背面时，和地球直接的无线电通讯会暂时中断，必须等到飞出轨道之后才能恢复通讯。在阿波罗任务时，服务舱的主引擎必须在月球背面的时候重新点火，在太空船重新出现之前，控制中心都会为此而非常紧张。
2018年12月8日，中华人民共和国发射嫦娥四号探测器。2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区，并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图。此次任务实现了人类探测器首次月背软着陆、首次月背与地球的中继通信。
因为月球背面受到遮蔽而接收不到来自地球的无线电传输，有些天文学家认为是建立无线电望远镜的良好场所。利用自然的的地形建立一个如同波多黎各的阿雷西博般的小的、碗形固定不动的望远镜。口径更大的望远镜，直径达到100千米（62英里）的望远镜计划建造在接近月球背面中心的代达罗斯环形山，并且3千米（2英里）高的山脊可以有效的阻绝来自轨道上卫星的噪声。另一个潜在的无线电望远镜候选场地是萨哈环形山。
在月球背面布署无线电望远镜之前，有几个问题必须克服。月球的微尘会污染设备、车类和宇航服。使用在无线电望远镜上的导电材料必须要仔细的遮蔽以防止受到太阳闪焰的影响。最后，望远镜所在的地区必须要受到保护，以防止被其他的无线电源污染。
地月系统的L2拉格朗日点在月球背面上方大约62,800千米（39,000英里），也已经被建议做为未来的一个无线电望远镜设置的点，在该处会以拉格朗日点的利萨茹轨道来设置。
美国国家航空航天局由一个月球的研究任务，将送一艘能将样品送回的登陆艇前往南极-艾托肯盆地，这是一个巨大的撞击事件所形成的直径长达2,400千米（1,491英里）的大坑洞。这次撞击的大小已经深入月球的表面，从这个地点携带回的样本可以获得关于月球内部的资讯。
因为侵袭月球正面的太阳风受到地球的遮蔽，估计月球背面的月海会有月球表面最高的氦-3浓度。相对而言，这种同位素在地球上非常罕见，但是在核聚变的反应堆中是很好的燃料。这种物质的存在给了主张在月球建立基地的支持者一个很好的理由。
