Из-за того, что период вращения вокруг Земли и период вращения вокруг своей оси у Луны совпадают, с Земли можно наблюдать только одно полушарие Луны. Причина этой синхронизации — действие приливных сил от Земли на неоднородности распределения массы на Луне (приливные горбы)[1][2].
Вращение Луны вокруг своей оси и вокруг Земли совпадают не совсем точно: вокруг Земли Луна обращается с переменной угловой скоростью вследствие эксцентриситета лунной орбиты (второй закон Кеплера) — вблизи перигея движется быстрее, вблизи апогея медленнее. Однако вращение Луны вокруг собственной оси равномерно. Это позволяет увидеть с Земли западный и восточный края обратной стороны Луны. Это явление называется оптической либрацией по долготе. Есть и оптическая либрация по широте: ось вращения Луны не точно перпендикулярна плоскости её орбиты, поэтому раз в месяц с Земли видно северный и (через полмесяца) южный край обратной стороны. Совокупность этих явлений позволяет наблюдать около 59 % лунной поверхности.
Также существует физическая либрация, обусловленная колебанием спутника вокруг положения равновесия в связи со смещением центра тяжести ядра, а также в связи с действием приливных сил со стороны Земли. Эта физическая либрация имеет величину 0,02° по долготе с периодом 1 год и 0,04° по широте с периодом 6 лет.
До 1959 года, когда впервые была сфотографирована обратная сторона Луны, селенография занималась только видимой стороной. Поскольку основные детали поверхности Луны можно разглядеть невооружённым глазом, составление её карт началось очень давно, а после изобретения в XVII веке телескопа селенография вышла на новый уровень. В 1651 году итальянский астроном Джованни Риччоли присвоил многим деталям поверхности Луны названия, немало из которых используются поныне.
С Земли на Луне можно увидеть различные селенологические образования — моря, кратеры, горы и горные цепи, разломы, трещины.
Морями на Луне называются тёмные области, которые являются относительно ровными участками, покрытыми застывшей лавой. В противоположность им, «материки» — это светлые области, усеянные множеством кратеров. Моря подразделяются на собственно моря, океаны, озёра, заливы и болота. На видимой стороне находится намного больше морей, чем на обратной (21 море, один океан и 16 озёр против 2 морей и 3 озёр) и сами моря большего размера. Возможно из-за такой разницы Луна и повернута к Земле одной стороной[2].