Tí, ktorí pozorujú Mesiac zo Zeme, si môžu všimnúť, že satelit prechádzajúci cez jeho obežnú dráhu sa vždy obracia na svoju planétu z rovnakej strany. Vzniká logická otázka: rotuje mesiac alebo je nehybný okolo svojej osi? Napriek tomu, že naše oči hovoria „nie“, vedci hovoria opak - mesiac rotuje.
Obdobie revolúcie Mesiaca okolo Zeme je 27 322 dní. Satelite trvá približne 27 dní, kým urobí jednu otáčku okolo svojej vlastnej osi. Preto je pre pozorovateľov zo Zeme vytvorená ilúzia, že Mesiac zostáva úplne nehybný. Vedci túto situáciu nazývajú synchrónnou rotáciou.
Je však potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že obežná dráha Mesiaca sa úplne nezhoduje s jeho osou rotácie. Mesiac cestuje po Zemi v eliptickej obežnej dráhe, v mierne predĺženom kruhu. Keď sa Mesiac priblíži k Zemi čo najďalej, otáča sa pomalšie, čo nám umožňuje vidieť zvyčajne skrytých 8 stupňov na východnej strane satelitu. Keď je Mesiac v maximálnej vzdialenosti, rotácia je rýchlejšia, takže na západnej strane je vidieť ďalších 8 stupňov.
Malo by sa poznamenať, že vzdialená strana Mesiaca sa vizuálne veľmi líši od spôsobu, akým sme zvyknutí vidieť ho zo Zeme. Ak je blízka strana Mesiaca väčšinou tvorená lunárnymi morami - veľkými tmavými rovinami vytvorenými spevnenými lávovými tokmi - a nízkymi lunárnymi kopcami, chrbát Mesiaca je doslova posiaty krátermi.
Vedci tvrdia, že obdobie rotácie Mesiaca nebolo vždy rovnaké ako okružné obdobie. Rovnako ako gravitácia Mesiaca ovplyvňuje prílivy oceánu na Zemi, gravitácia Zeme ovplyvňuje aj Mesiac. Ale keďže na prírodnom satelite planéty nie je žiadny oceán, Zem pôsobí priamo na povrch Mesiaca a vytvára na ňom prílivové vypukliny pozdĺž priamky smerujúcej k Zemi. Prílivové trenie postupne spomaľuje rotáciu Mesiaca.
Samotný satelit má na Zem rovnaký účinok, takže každých 100 rokov sa dĺžka dňa zvyšuje o niekoľko milisekúnd. Počas dinosaurov preto Zem urobila jednu revolúciu okolo svojej osi za 23 hodín. V súčasnej dobe trvalo 24 hodín (alebo 86 400 štandardných sekúnd) za otáčku okolo svojej osi Zem v roku 1820. Odvtedy sa slnečný deň planéty zvýšil približne o 2,5 milisekundy.