首先我们需要知道的是，地球和月球都在自转。而且月亮会围绕地球做椭圆轨道的公转，如果从北极俯瞰，地球的自转、月球的自转以及公转方向都是逆时针的。
好了，接下来我们讲重点。因为月亮绕地球公转的周期（约27.3217天）与月亮自身绕自轴的周期（约27.322天）几乎完全相同，这种现象叫做同步自转天然卫星或者是潮汐锁定。

严格的讲，其实月亮也不只是完全有一半的面一直对着我们，由于天平动的缘故，我们可以多看见约18%的月背面，也就是说我们在地球上总共看见的月面约59%。
那么问题又来了！什么是天平动呢？简单的说，就是从地球上看去，由于地球和月亮都是运动着的，有公转与自转，因此看起来月亮在天空中有周期规律性的摆动。从而使得月亮的另一半面部分出现又消失的规律周期，月球的自转和天平动_月球探秘
我们看月球，月面总是呈现出同样的外貌。即是说，月球在围绕地球公转时，总是以同一面对着地球，这种现象的产生说明月球有自转运动，自转方向与周期和地球公转的方向与周期是相同的。由于月球自转周期和地球公转周期相等，所以从地球上只能看到朝向地球的半个月面，无法看到月球背面。
在月球上，一昼夜大约等于一个月。为什么月球的自转周期这么长呢？这是由于地球对月球的引潮力长期作用的结果。地球的引潮力使月球向着地球的方向上隆起（潮汐），当月球自转时，月球隆起部分受到地球的引力，仍然保持朝向地球，这种转动方向和月球自转方向相反，这种作用叫潮汐摩擦。潮汐摩擦力在很长时期内不断作用着，逐渐使月球的自转变慢，直到隆起部分永远朝向地球，这时月球的自转周期等于月球的公转周期。
月球在围绕地球公转过程中，朝向我们的月面呈现出一处左右、上下的摆动，这种运动叫作天平动。由于天平动现象的存在，公转运动却不是均匀的，在近地点运动快，在远地点运动慢。月球公转速度的这种变化就会使地球上的观察者有时看见月面西边缘之外的一小部分，有时能看见月面东边缘之外的一小部分（经度天平动）。月球的自动轴不和公转轨道垂直，而是成83°21′的倾角。在月球公转过程中，月球自转轴的北端和南端轮流朝向地球，这也会使地球上的观察者有时能直接看到月球北极之外的一小部分，有时又能看到月球南极之外的一小部分（纬度天平动）。由于天平动的现象，使我们看到的月面不只是一半，而是整个月面的 59％，即整个月面的 3／5。

因为月亮是1：1的潮汐锁定，所以从地球只能看到一侧
最后，如果您不理解，我们就来举个简单的生活中的例子，来简单类比一下。假如您现在手中有一个溜溜球，将溜溜球的连线地方做个标记，随后用线在地面上转动溜溜球，类似于月亮的公转，朝向逆时针方向。我们将溜溜球比作月亮，将自己的手比作为地球。转动起来，你就会发现，你标记的地方，永远的指向你的手掌。这就和同步自转天然卫星类似，不过有一点需要知道的是，我们的月亮不会永远只有一面指向地球。有证据表明，月亮的公转周期以及自转周期在遥远的过去是不同的。而且，理论的计算表明，在更遥远的未来，随着月亮远离地球，月亮的公转以及自转周期又会不同。
图解胜过万语，请看下图：

 
 
 
动画及图片来自网络
 
月球相位变化的动画