月球岩石年龄之谜
在实施“阿波罗计划”过程中，从美国航天员带回的月球岩石标本，经分析发现月球岩石99％的年龄要比地球上90％年龄最大的岩石历史更悠久。阿姆斯特朗在静海降落后拣起的第一块岩石的年龄是36亿岁，其他一些岩石的年龄为43亿岁和46亿岁，几乎和地球及太阳系本身的年龄一样大，而地球上最古老的岩石是37亿岁。
不可思议的是，“阿波罗11号”飞船带回的月面土壤标本据测定历史已长达46亿年。46亿年前正是太阳系形成的时候。这种月球土壤显然比它周围的岩石还要“年长”。
苏联的无人月球探测器也获得了与此相同的结论。根据对从月海带回的月球岩石的研究分析结果，月球至少与太阳一样古老，是46亿年前形成的。
月球表层放射性之谜
月球中厚度为12.9千米的表层具有放射性，经分析发现，其中含有大量放射性物质铀、铊和钚，可是这些放射性物质是从哪里来的呢？假如它们来自月心，那么它们怎么会来到月球表面？
月球上水汽团之谜
最初几次月球探险表明，月球是个干燥的天体。一位科学家曾断言，它比戈壁大沙漠要干燥100万倍。“阿波罗计划”的最初几次都未在月球表面发现任何水的踪迹。可是通过“阿波罗15号”，科学家却探测到月球表面有一处面积达259平方千米的水汽团。科学家们争辩说，这是美国航天员废弃在月球上的两个小水箱漏水造成的。可是这么小的水箱怎能产生这样一大片水汽？看来这些水汽可能来自月球内部。
月球表面的一些玻璃状物质之谜
“阿波罗号”飞船的航天员们发现，月球表面有许多地方覆盖着一层玻璃状的物质，正如一位科学家所指出的：月亮上铺着玻璃。这表明，月球表面似乎被炽热的火球烧灼过。专家的分析证明，这层玻璃状物质并不是巨大的陨星的撞击产生的，那么它是怎样形成的呢？
月球磁场之谜
探测表明，月球几乎没有磁场，可是对月球岩石的分析却证明它有过强大的磁场。这一现象令科学家大惑不解，如果月球曾经有过磁场，那么它就应该有个铁质的核心。据可靠的证据显示，月球不可能有这样一个核心，而且月球也不可能从别的天体如地球获得磁场，因为假如真是那样的话，它就必须离地球很近，这时它会被地球引力撕得粉碎。
月球内部“质量瘤”之谜
1966年8月至1967年8月，美国为了登月积极做准备，先后发射了5个月球轨道器飞船。它们航行到月球后，成为环绕月球运行人造月球卫星，实现对月球近距离全面考察。围绕月球飞行的探测器首次显示，月球的表层下存在着物质聚集结构——“质量瘤”。当宇宙飞船飞越这些结构上空时，由于它们的巨大引力，飞船的飞行会稍稍低于规定的轨道，而当飞船离开这些结构上空时，它又会稍稍加速，这清楚地表明这种“质量瘤”结构的存在，它们有巨大的质量，而且不止一个。科学家们认为，“质量瘤”由重元素构成，隐藏在月球表面月海的下面。可是月球怎么会长“瘤子”呢？
月球尘埃之谜
美国“阿波罗计划”登陆月球的航天员发现，在月球上尘埃是普遍的，它无法避免，月尘摸起来很柔软，像雪一样，闻起来却有一股像火药的气味。
这些细小的粉状颗粒无孔不入，它们钻进物品器具里，塞住螺栓孔，弄脏了工具，沾染在防护罩外层。在月球表面活动时，月尘成为航天员们工作的一个最大的麻烦。他们必须经常停下手边的工作，用大刷子清理照相器材和设备。刚登上月球时，航天员穿的航天服都是白色的，要不了多久，月尘就能把它们变成灰色，航天员们没有办法把它拍掉。每次舱外活动结束后，月尘都会沾满航天员的靴子、手套和其他暴露在外面的部位。而且，这些细小的颗粒还可能穿透航天服缝处的封条，进入航天服内部。返回登月舱前，无论航天员们如何用刷子清洁，都会不可避免把一些尘埃带进舱内，一旦他们脱掉头盔和手套，舱内就会弥漫着月尘的气味。
“阿波罗”系列飞船的航天员们先后从月球上带回4种月球尘土，在科学家检验过程中，它们给人们制造了一个又一个谜团。科学家把月尘撒在细菌上做试验：第一种、第二种、第三种尘土撒到细菌上，细菌一点变化也没有；第四种尘土撒到细菌上之后，细菌一下子都死了。第四种尘土是美国“阿波罗12号”飞船从月球表土的下层取回来的。
用植物做试验时结果是，把玉米种在月尘里，它的生长与地球土壤里没有明显的不同。可是，水藻碰到月尘就会长得特别鲜嫩、青翠。
月尘是一种奇妙的尘埃。它的每颗尘粒都被一层厚度仅有数百纳米的玻璃镀膜包裹着，直径大概是人的头发直径的1/100。研究人员用显微镜检视了这层玻璃镀膜，发现有数百万个微小的铁斑悬浮在玻璃膜上，宛如天空中的繁星一般。